автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Экстракционная переработка шламов гидрогенизации угля

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРСШШЛЕННОС1И СССР ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

На правах рукописи Экз. № _

Зотова Ольга Вячеслявна

ЭКСТРАКЦИОННАЯ ПЕРЕРАБОТКА ШЛАМОВ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ УГЛЯ

С-ециальность-05-Л7. 07 -химическая технология топлива и газа

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Рябота выполнена в лаборатории окислительной переработки угольных сусленэиР Ордена Трудового Красного Знамени Института горючих ископаемых Министерств' угольно^ промышленности СССР

Н-учные руководители: доктор геолого-1/инералогических наук,

профессор Еремин И.В.

кандидат химических наук, старший научный сотрудник Горлов Е.Г.

академик АН БССР, доктор технических наук, профессор Пэушкин Я.М.

доцент

Официальные оппоненты:

ведущая организация:

кандидат технических наук, Гуреев Ал. А.

Опытный завод СТ-5 ПО"Тулауголь"

Зьщитя диссертации состоится ¿-¿¿йЛ' 199/г.

з /О часов на заседании специализированного Совета К 135.03.ОЛ при Институте горючих ископаете* Министерства угольной промышленности СССР по адресу: 117071, Москва, Ленинский проспект 29.

С диссертацией »'окно ознакомиться в библиотеке Института горючих иског.аегах Министерства угольной промышленности СССР.

Автореферат разослан " "__ 1990г.

Учены!* секретарь специализированного Совета кандидат технических наук

Юлин М.К.

СБЩАЯ ХАРАКТЕРИСГШ РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ограниченность запасов нефти при постоянном росте потребностей в продуктах ее' переработки, перемещение добычи в районы с трудны/и природно-климатическими условиями и другие факторы привели к расширению направлений использования угля не только как твердого топлива, но и как сырья для получения синтетического жидкого топлива.

Оригинальной технологией получения синтетического жидкого топлива является процесс гидрогенизации угля, разработанный Институтом горючих ископаемых. Одним из сложнейших узлов процесса гидрогенизации угля является узел разделения шлама. Разработка надежного и технологичного узла переработки шлама позволит увеличить ресурсы жидкого топлива и существенно улучшит технико-экономические показатели процесса в целом.

работа выполнена в соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Сояетя Министров СССР "Об ускоренном развитии приоритетных направлений химической науки и технологии" 'р1022 от 04.09.87р.

Цель работы. Исследование технологических параметров процесса экстракции на извлечение жидких продуктов из шламов гидрогенизации угля и изучение последующих стадий разделения экстракционной суспензии, а также разработка на научной основе технологической схемы экстракционной переработки шлама гидрогенизации угля применительно к Опытному з-"-зоду СТ-5 и опытно-промышленной установке СТ-75.

Научная новизна. Процесс не имеет промышленных аналогов в отечественной и зарубежной практике. Впервые подобраны оптимальные параметры процесса экстракции шламоз гидрогенизации углей и показана возможность их экстракционной переработки. Проведено исследование и получены ноеыр данные по экстракционному разделению шламов гидрогенизации углей. Установлены закономерности изменения выхода и состава жидких продуктов в зависимости от технологических параметров процесса. Впервые исследованы процессы многоступенчатой экстракции шламов, а также экстракции шламов под давлением насыщенных паров растворителя. Показана возможность применения разработанной технологии экстракционной переработки шламов гидрогенизации углей к другим процессам переработки твердых топлив.

Практическая ценность. Разработанный экстракционный метод переработки шламов гидрогенизации углей позволяет довести степень извлечения жидких продуктов до 80-90Х, что обеспечивает процесс тяжелым компонен-." том пастообразовлтеля и открывает пути рациональной утилизации твердого остатка, как компонента пылевидного топлива или использования в качес-

тве сырья при получении поликарбоновых кислот-и ыезогенной добавки для коксования углей.

Процесс экстракции осуществляют при атмосферном давлении и температуря 70°С, что обеспечивает простоту аппаратурного оформления и надежность в эксплуатации. В качестве экстрагента применимы технические • растворители. Результаты проведенного исследования легли в основу разработанного рабочего проекта отделения экстракционной переработки шламов гидрогенизации углей на Опытном заводе СТ-5 и технологического регламента опытно-лромышленной установки СГ-75.

Автор защищает:

- обоснование возможности экстракционной переработки шламов при атмосферном давлении и рабочей температуре 70°С;

- установленную зависимость степени извлечения жидких прбдуктов от исходного угля, пастообрязователя процесса гидрогенизации и технологических параметров процесса экстракции (температура, время и тип растворителя при различном массовом соотношении растворитель:шлям);

- оптимальные технологические параметры экстракционной переработки шламов гидрогенизации угля;

- эффективность использования в качестве экстрагентов технических растворителей, таких как уайт-спирит, сольвент нефтяной, бензин БР-1,

я также фракции гидрогенизата с т.кип. 100-200°С;

- разработанную на научной основе технологическую схему экстракционной переработки шламов гидрогенизации угля применительно к Опытному заводу СТ-5 и опытно-промышленной установке'01-75;

- возможность применения данного процесса к фусам полукоксования и шламу термического растворения угля.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на XXX и XXXIII конференциях молодых научных сотрудников и аспирантов ИГИ, г. Москва 1981, 1984 г.г; на выставке-ярмарке научно-технического творчества молодежи ВДНХ СССР, г. Москва, 1987г. (серебряная медаль); на конкурсе Московского правления БХО им. Д.И.Менделеева "Вещественный состав ископаемых угле?* и технология превращения их в синтетические жидкие топлива и химические продукты',' 1988 г.; на I Всесоюзной молодежно? выставке-ярмарке научно-технических разработок, г. Донецк, 1933 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 работ, в том числе получено I авторское свидетельство.

Обьем работы. Диссертационная работа, состоящая из введения, 4 глав и выводов, изложена да 205 страницах машинописного текста, вою-

|чая 26 рисункоз, 51 таблицу и списка литературы из 72 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящана обзору литературы и содержит анализ научных работ по исследованию методов разделения шлаков современных процессов ожижения угля.

Анализ методов разделения шламов показал, что только при экстракции шламов достигается достаточно высокая степень извлечения жидких фракций с юс частичной деасфальтизацией, что позволяет замкнуть процесс по пастообразователю. Однако существенным недостатком известных экстракционных уетодон переработки шлямов гидрогенизации угля является использование еысоких температур и давления, что осложняет аппаратурно-гехнслогическое оформление процесса. Разработка новых высокоэффективных методов переработки шламов - это один из путей снижения себестоимости синтетических жидких топлив, получаемых из углей.

Во вгорой главе представлена характеристика объектов исследования 1 методы эксперимента. Для изучения были выбраны шламы гидрогенизации /тля Бородинского и Березовского месторождений, полученные.на лабораторной проточной установке и Опытном заводе СГ-5 .(ШГ-14,15). Экс*рак-1ии подвергались первичные галамы, получаемые непосредственно после >жижения (содержание тзердой фазы порядка 15$) и сгущенные потоки пос-!е фильтров, центрифуг и вакуумных кубов, содержащие 30-50^'твердой 5яэы (табл. I).

Процесс экстракции изучали на лабораторной установке периодичес-ого и непрерывного действия, а также на проточной пилотной установке роизвсдительностья 3-5 кг/ч по шламу.

В третьей глазе рассмотрено влияние исходного угля, пастообразозате я процесса гидрогенизации и технологических параметров процесса зкст-акции: тип растворителя при различном массовом соотношении растворитель шлам, температура и время.

Выбор растворителя (экстрагента) осуществляется на основании раз-ичных критериев, а также исходя из компонентного и фракционного состава идких продуктов слама гидрогенизации угля. Предварительными опытами ыло показано, что целесообразно остановиться на ароматическом углево-ороде (толуол) и парафиновом (н-октан), которые моделируют основные руппы углеводородов, содержащихся в технических растворителях.

Установлено, что с увеличением количества растворителя, т.е. мас-эвого соотношения растворитель:шлам (Р:1!1), степень извлечения жидких родуктов и эсфальтенов возрастает при использовании растворителя с

Тчблица I

Характеристик* шлпмов гидрогенизации угля Бородинского месторождения, полученных на нефтяном (н) и угольном (у) пастообразователях___

Шифр Пзстооб-! Содержание, мас.% ! Фракционный состав.

ялага !твердой 'асфальте !н. к.-300 ! 300-400 [ выше 400 _ ' ! фазы !нов !_! _!

ЕГ-1 н 12,5 20,5 8,8 49,2 42,0

ЕГ-2 . н 41,1 14,5 6,8 22,4 70,6

ЕГ-3Х • ' У 27,3 22,0 3,5 22,1 • 74,4

ЕГ-4 У И,6 14,6 4,5 30,7 64,8

ШГ-5 У 28,0 18,2 3,9 22,1 74,0

[ДГ-ох н 26,1 21,1 2,1 25,2 72,7

!Г-7 ■ н 22-, 7 11,3 7,5 32,5 60,0

ШГ-8 н 12,1 14,3 5,5 35,7 58,8

ШГ-9 У 31,4 10,8 15,2 35,6 39,2

ШГ-Ю н 42,5 18,9 12,7 42,9 44,4

1Т-П У 35,6 26,7 18,5 44,6 36,9

ШГ-12 н 54,4 44,8 - _ 100,0

ШГ-13 У 47,5 29,3 - - 100,0

ШГ-14 н 17,6 ИЛ 2,6 16,9 80,5

ШГ-15 ' У 18,5 14,7 1,4 20,2 78,4

ЕГ-16Х н 14,9 19,8 2,2 32,9 64,9

3 - бурый уголь Березовского месторождения

высокой растворяющей способностью (толуол). Для деасфальтизирующего растворителя (н-октан) степень извлечения жидких продуктов увеличивается, а асфальтенов уменьшается. Выход жидких продуктов и юс компонентов зависит от угля и пастообразователя, используемого в процессе гидрогенизации и содержания твердой фазы в шламе (первичный, вторичный). Так, степень извлечения жидких продуктов при экстракции толуолом пер-еичных шламов гидрогенизации угля Бородинского месторождения, полученного нз нефтяном пастообразователе (1ИГ-8) выше, чем на. угольном (ШГ-4! Причем при прочих равных условиях, из шламов гидрогенизации угля Бородинского месторождения извлекается больше жидких продуктов, чем из вш 1*0в гидрогенизации Березовского месторовдения (ШГ-16) (табл. 2).

Деасфальтизации также легче подвергаются шламы гидрогенизации у] ля, полученные на нефтянок пастообразователе.

Аналогичные закономерности получены и при изучении влияния маесо вого соотношения Р:Ш ня степень извлечения жидких продуктов из осадко

Таблица 2

Злияние типа растворителя и массового соотношения растворитель:шлзм ка степень извлечения жидких продуктов (Ж) и асфальтенов (А) (70°С, мин)

кассовое ' зоотноне-! лие Р:В

Степень извлечения (%)_ из шлама ШГ-4 " ' " " ШГ-8~

ШГ-16

! Ж ___А___ ±____Ж__ ! - А ! Ж ! [____А__

Тол у.о-л, '

0,5 -77,6 59,8 . 80,2 62,2 73,9 32,5

1.0 85,2 87,2 87,2 90,5 83,0 73,4

3,5 68,7 93,9 89,3 94,1 86,1 84,6

2,0 89,8 -96,9 91,7 97,9 - -

н - 0 к т а н

0,5 56,2 34,4 58,9 31,4 49,4 :i7,8

1,0 63,8 28,9 65,9 • 25,2 58,2 16,6

1,5 69,5 23,9 71,4 20,1 62,0 8,9

2,0 71,4 16,2 73,5 12,1 - -

фильтрования (ШГ-6, 10, Ш, центрифугирования (ШГ-2, 3, 5) и вакуумной дистилляции (ИГ-12, 13). Однако экстракция остатков вакуумной дистилляции н-октансм нецелесообразно, т.к. на стенках экстрактора осаждаются асфальтены и продукты экстракции практически не разделяются.

Оптимальное соотношение Р:Ш = 1,0 (для первичных шламов) и 1,0-1,5 (для вторичных шламов). При этом достигается 75-85$-ная степень извлечения жидких фракций,что позволяет обеспечить-процесс гидрогенизации угля "собственным1 ласгообразователем". Для деасфальтизации жидких продуктов с получением экстрактов, содержащих до 10 мае. % асфальтенов, следует ограничиться соотношением Р:Ш = 1,0. При глубокой деасфальтизации это соотношение достигает 2,U.

Поскольку с ростом температуры экстракции увеличивается растворяющая способность растворителя, а его избирательность уменьшается, то рост температуры сущесгаенно влияет на извлечение асфальтенов (табл. 3).

Оказалось, что процесс экстракции следует ограничить 70°С, т.к. дальнейшее увеличение температуры незначительно сказывается на изменении степени извлечения жидких фракция, но приводит к интенсивному испарению находящихся в шламе легких фракция гидрогенизата и растворителя и, соответственно,понижению реального выхода жидких фракций. Установленная закономерность применима для всех типов шламов, только с возрастанием количества твердой фазы снижается степень извлечения жидких про-

Таблица 3

Елияние температуры и времени экстракции на степень извлечения жидких продуктовой асфальтенов из исходных шламов (Р:Ш д 1,0)____]_____

Пярагетры процесса! Степень извлечения (%) из шлаков____

Температу-! Бремя,!__КГ-4 ' ШГ-8 ' ШГ-16

ра, ОС , мин , я , А , ~ ж , А , й , А__

Толуол

20 15 66,1 41,7 70,0 43,8 - -

50 15 77,8 59,8 81,3 67,8 73,3 46,2

70 15 85,2 87,2 87,2 90,5 83,0 73,4

80 15 87,7 91,6 87,9 . 93,0 - -

70 5- 72,3 70,5 73,5 73,2 - -

70 30 86,9 89,4 89,3 92,3 85,8 78,1

70 45 88,1 90,5 89,8 93,5 87,8 79,9

н - 0 к г а н

20 15 49,1 12,4 49,5 10,5 - -

50 15 56,2 19,8 59,7 16,2 50,9 9.5

70 15 63,8 28,9 65,9 25,2 - -

80 15 70,4 28,8 71,4 27,1 - -

70 5 55,3 30,2 59,7 26,1 - -

70 30 69,9 25,4 71,4 23,1 59,3 15,4

70 45 72,7 24,8 74,7 22,8 64,6 14,8

дуктов.

С увеличением времени экстракции степень извлечения жидких фракций увеличивается, независимо от вида шлама, типа угля и пасгообразо-вателя, с той лишь разницей, что при использовании н-октана идет процесс деасфальтизации. Однако увеличение времени более 15 мин не дает существенного прироста степени извлечения жидких фракций и является нецелесообразным, т.к. в первые 5-15 мин в экстракт,в основном, извлекаются масла и смолы, а в последующие 30-45 мин - асфальтены.

С увеличением количества растворителя, температуры и времени экстракции возрастает доля извлечения высококипящих фракций (г.кип. выше 400°С). Установлено, что закономерности полученные на модельных растворителях, вполне применимы и для технических, таких как: сольвент нефтяной, фракция гидроочиценного гидрогенизата с интервалом кипения 100-200°С, уайт-спирит и бензин БР-1.

Поскольку экстракционная переработка шламов гидрогенизации угля

включает, помимо экстракции жидких продуктов, разделение полученной суспензии и дальнейшую обработку осветленного потока и осадка, бил использован ряд методов разделения суспензии (фильтрование, отстой, центрифугирование). Из всех перечисленных методов разделения экстракционной суспензии, по нашему мнению, наиболее целесообразен метод фильтрования.

Исследования показали, что при фильтровании решающее значение имеют толщина слоя осадка и его пористость. Условия фильтрования подбирались такие, чтобы толщина слоя осадка была не более 10-15 мм, превышение этой величины приводит к резкому снижению скорости фильтрования. Независимо от типа растворителя и фильтровальной перегородки с ростом температуры увеличивается скорость фильтрования. Однако увеличение температуры выше 70°С нежелательно из-за испарения растворителя и легких фракций гидрогенизата.

Увеличение давления фильтрования приводит к ускорению процесса лишь на начальной стадии, поскольку по мере накопления осадка, начинает играть роль величина удельного массового сопротивления осадка и коэффициент его сжимаемости. Поэтому следует ограничить давление фильтрования величиной 0,6 МПа.

Применение друк-фильтра позволяет достигать больших скоростей фильтрования, чем использование вакуум-фильтра. Содержание твердой фазы в фильтрате составляет в среднем 0,2 - 0,25 тс.%, которое при отводе первой порции снижается до 0,09-0,10 мае.Дня разделения экстракционной суспензии шлама следует рекомендовать шнековые фильтры с непрерывной выгрузкой осадка.

Полученный после фильтрования сгущенный осадок, содержащий до 50 мас.% жидких фракций и сорбированного растворителя,необходимо подвергнуть дополнительной переработке. Наиболее приемлимым оказался процесс отгонки жидких фракций и растворителя в токе газового теплоносителя -азота или перегретого водяного пара.

Исследование влияния температуры, времени обработки и удельного расхода теплоносителя на степень отгонки жидких продуктов показало, что с увеличением температуры и времени возрастает степень отгонки жидких продуктов (рис. 1,2). При использовании в качестве теплоносителя перегретого водяного пара основная масса жидких продуктов (70-75%) отгоняется в течение 5 мин и дальнейшее продолжение процесса лишь незначительно увеличивает степень отгонки (77-80%)'. При этом дистиллат на 6080% состоит из растворителя экстракции.

При отгонке в токе азота процесс протекает медленнее и в первые 5 мин степень отгонки не превышает 55 %. Увеличение времени контакта

5 С

— г*

S X

ь о с с.

«а " г к с s

j* х О к

60

40

Рис. I. Кинетика отгонки жидких про-дукгбв.из осадка фильтрования суспензии, полученной при экстракции шлама П1Г-7 при темпе-

0 2 4 6 8 10 время, мин

5 с

к ь

= X

н с с ь.

А ~ I X

с s С X (£

Рис. 2. Кинетика отгонки жидки: продуктов из осадка фильтрования суспензии полученной при экстракции шлама ШГ-5 толуоло( (I), сольвентом нефтяным (2), н-гептаном (3' уайт-спиритом (4) азотом при 300°С

60 время, мин

ззота с осадком фильтрования возрастает степень отгонки жидких фракций. Причем в первые 15-20 мин отгоняется большая часть извлекаемого дистил-лата, который, в основном, состоит из сорбированного растворителя экстракции и лишь затем (25-45 мин) начинают извлекаться остаточные количества жидких продуктов гидрогенизации угля. При часовом контакте осадок начинает спекаться. Таким образом, время контакта осадка, с теплоносителем следует ограничить 5 мин для перегретого водяного паря и 20-30 мин - для азота.

С ростом температуры теплоносителя увеличивается степень извлечения жидких фракций, что приводит к перераспределению фракционного состг ва отгоняемых жидких фракций в сторону утяжеления. При температуре вы-пе 300°С прогрессирует процесс разложения асфальтенов, продукт начинает спекаться. Поэтому отгонку целесообразно ограничить-300оС.

При увеличении расхода теплоносителя повышается выход жидких фрак-

ций. Однако большой избыток теплоносителя не улучшает степень отгонки. При этом наблюдается большой унос твердых частиц, повышаются затраты на нагрев газа, сложность конденсации парогазовой смеси, что ухудшает технико-экономические показатели процесса. Поэтому оптимальный расход перегретого водяного пара находится на уровне 5-6 кг/кг'ч, а для азота -5м7кг-ч. Хотя отгонка в токе перегретого водяного пара протекает интенсивнее с лучшей конденсацией жидких продуктов, но образующаяся при конденсации водная фаза содержит некоторое количество азотистых оснований и фенолов. Необходимость очистки конденсата водяного пара удорожает процесс отгонки.

На процесс отгонки жидких продуктов оказывают влияние и параметры экстракции. С ростом массового соотношения Р:Ш увеличивается степень отгонки жидких продуктов. Это обьясняется тем, что экстракция шламов протекает с замещением в твердой фазе извлекаемых жидких продуктов растворителем. Чем больше степень извлечения жидких продуктов, тем больше сорбируется растворителя в порах и на поверхности твердой фазы. Поэтому в процессе отгонки жидкие продукты представлены, в основном, раство--л рителем.

Технологичность отгонки жидких продуктов, связанная с возможным спеканием осадка на тарелках отгонного аппарата, зависит от содержания в нем асфальтенов. При содержании асфальтенов в осадке фильтрования выше 25% процесс отгонки осложняется их разложением, закоксовыванием аппарата, т.е. данную технологию применять нецелесообразно.

Для разделения экстракта следует применять перегонку, которая вследствие значительной разницы температур кипения растворителя и жидких продуктов (не менее 100°С)' позволяет количественно отделять регенерированный растворитель.Фракционный', состав извлеченных жидких продуктов представлен в табл. 4.

Установлено, что при использовании нефтяного пастообразователя из шлама извлекается значительно больше фракции с т.кип. выше 400°С, чем при использовании угольного.

• Найденные закономерности являются общими и могут быть применимы ! для различных'видов шламов гидрогенизации углей., полуденных по-методу ! ИГЛ.

Определенные при периодическом режиме оптимальные параметры процесса экстракции проверены при непрерывной экстракции шламов гидрогенизации углей на лабораторной проточной установке производительностью 3-5 кг/ч по шламу (табл. 5). Установлено, что данный метод позволяет достигать 97^-ного извлечения жидких продуктов и получать остатки шла-

Таблица. 4

Фракционный состав экстракта

Шифр Г. Растворитель ?' Фракционный состав, (о((.%) при °С

шлама [ ■ !н.к.-300 ? 300-400 ! выше 400

ШГ-2 толуол 4,7 27,7 67,6

н-октан 1,5 30,4 68,1

ШГ-4 толуол 7,9 35,5 56,6

уайт-спирит 10,8 42,7 46,5

сольвент нефтяной 8,2 38,5 ' 53,3

гидрогешзят 12,5 44,8 42,7

ШГ-7 толуол 12,7 47,9 39,4

уайт-спирит "14,6 56,2 29,2

сольвент нефтяной 13,5 52,4 34,1

ШГ-14 толуол 7,8 19,5 72,7

- сольвент нефтяной 8,5 19,7 71,8

гидрогенизат 18,8 25,9 • ' 55,3

ШГ-15 толуол 11,9 17,8 70,3

сольвент нефтяной 14,5 20,8 64,7

гидрогенизат 20,5 32,6 46,9

Непрерывная экстракция точной установке (70°С

Таблица 5

шламов гидрогенизации углей на лабораторной йро-, 15 мин, Р:Ш = 1,0)

Шифр

'Растворитель (Баланс фильтро-?вания, мае.%

■фильтрат ? осадок | !филь-

?трова-! !ния

'Баланс отгонки^! Огепень! Содержа -\уяс.%_! (¡ррлече! ние твер-

'сллсой !™я жид!дой Фазы ¡остаток ?. ®С5ЯТК'

!конден!сухой !сат

(дга-ов, ! мае. %

I г*

ШГ-14 толуол 84,8 15,2 29,1 70,9 97,2 88,4

гидрогенизат 79,3 20,7 39,0 61,0 92,8 74,8

сольвент неф- .• тяной 80,8 19,2 37,5 62,5 93,9 77,8

уайт-спирит 77,8 22,2 41,2 58,-8 91,8 72,5

ШГ-15 гидрогенизат . 75,1 24,9 40,7 59,3 90,5 70,5

сольвент нефтяной 77,9 22,4 36,4 63,6 92,4 74,9

уайт-спирит 74,6 25,4 43,5 56,5 89,9 69,2

и.

ма, содержащие 88% твердой фазы.

При экстракции вторичных шламов степень извлечения жидких продуктов не превышала 80%. Поэтому для интенсификации процесса экстракции исследовалась возможность применения многоступенчатой экстракции и экстракции под давлением насыщенных паров растворителя. Однако увеличение степени извлечения жидких продуктов незначительно по сравнению с технологическими и энергетическими затратами.

Таким образом, процесс экстракции шламов гидрогенизации угля, в отличие от зарубежных, следует вести при атмосферном давлении и температуре 70°С, что значительно упрощает аппаратурно-технологическое оформление процесса.

Нч основании экспериментальных исследований были подготовлены исходные данные на проектирование узла экстракционной переработки иламов гидрогенизации углей для Опытного завода СГ-5 и опытно-промышленной установки СГ-75,и Тульским филиалом Гипрошахт выполнен рабочий проект экстракционной установки производительностью 325 кг/ч по шламу применительно к Опытному заводу СТ-5. Процесс осуществляется по следующей технологической схеме'(рис. 3):

В одноступенчатый экстрактор I непрерывного действия насосом 2 подают исходный шлам с температурой 70°С. Одновременно в экстрактор из емкости 3 подают растворитель-экстрагент, предварительно нагретый в теплообменнике 4 до 70°С. Шлам и растворитель интенсивно перемешиваются. Экстракция проводится при температуре 70°С и атмосферном давлении. Через сливной штуцер суспензия поступает на фильтр б, где происходит, ее разделение.

Фильтрат собирают в емкости 7, откуда насосом подают на ректифи-" нацию. Осадок фильтрования, содержащий 45-55% жидких фракций, поступает в аппарат 10 для отгонки жидких фракций. Противотоком ему подают горячий газ с температурой 300°С (азот или другой инертный газ). Осушенный материал в виде сыпучего порошка выходит снизу аппарата и идет на дальнейшую переработку в отделение регенерации молибденового катализатора .

Азот и отогнанные жидкие фракции выходят из аппарата с температурой не ниже 140°С, проходит через фильтр и конденсатор-холодильник 16. Охлажденная до 40-45°С ппрожидкостная смесь поступает в сепаратор 17, откуда сконденсировавшиеся углеводородные фракции отводятся в емкость фильтрата 7. Циркуляционный газ проходит через циклон, забирается компрессором 18, пропускается через печь II и доводится до рабочей температуры.

II

3 4-

4)

2 I

-е-

У1

л

III

5 б

1У

£

©

9 сг— -1

ЧАЛ- У11|

у 10 _ —

-" -1

15 16

12 13

Г7\7\

14

■хУ

с

.2

п

УШ

Д7

19

21

I

20

23

24

Рис. 3, Принципиальная технологическая схема комплексной экстракционной переработки шлама гидрогенизации

угля применительно к Опытному заводу С1-Ь - - тт цо

I-экстрактор; 2,5,8 -насосы; 3,7,24-емкости; 6>льтр; 9,12-питатель; Ю-яппарат отгонки; П-печь на-гревч азота; 2,13,16,19,21-23-теплообменники; 14-бункер; 15-газовый фильтр; 17-сепаратор; 18-комг1Рос-

^ГГГ^е^Гн»« растворитель, Ш-суспензия, фильтрат. Упадок фильтрования У1-гаэ-теплоноситель, УП-парогазовый поток, УШ-жидкие продукты, IX-твердый остаток, Х-целевой продукт.

Сконденсировавшиеся жидкие фракции из емкости 7 совместно с фильтратом насосом 8 через теплообменник 19, где их нагревают до температуры 230° С, подаются на ректификацию. Парогазовая смесь с верха колонны проходит через конденсатор 21 и теплообменник 22. Эти фракции представляют собой регенерированный растворитель (экстрагент), который возвращается в процесс экстракции. Кубовая жидкость с низа колонны с температурой начала кипения 300°С поступает в отделение приготовления пастооб-разователя.

Сравнительная экономическая эффективность существующих технологических схем выделения жидких продуктов из шлама гидрогенизации угля показывает, что наиболее экономичным вариантом переработки шлама является экстракция вторичных шламов.

В четвертой главе проведено сопоставительное исследование экстракционной переработки шламов термического растворения углей и сланцев, а также фусов- полукоксования черемховских углей по схеме предложенной для шламов процесса гидрогенизации ИГИ. Установлено, что данная технология применима также и для шламов термического растворения угля.(табл. б) . Степень извлечения жидких продуктов достигает 805? для суммарного продукта термического растворения и 70$ для осадков фильтрования.

Таблица 6.

Экстракция шламов термического растворения угля (70°0) ;

Шифр .шлама ¡Параметры процесса._¡Степень извлечения, %_

! Р:Ш, vac. ! время, мин 'жидких продук-!асфальтенов ___ ! ! !тов !

Толуол

ШТ-1 1,0 20 83,7 61,0

ШТ-2 1.0 20 81,3 66,0

ШТ-3 1,0 20 81,9 61,2

ШТ-4 1,0 30 72,7 55,3

ШТ-5 1,0 30 70,5 71,7

И1Т-5 1,0 30 73,9 60,2

н-1\ е п т а н

ШТ-1 1,5 20 67,9 22,7

ШТ-2 1,5 20 67,3 22,8

ШТ-3 1,5 20 62,7 20,9

ШТ-4 1,5 30 51,6 12,6

ШТ-5 1,5 30 55,2 10,2

ШТ-6 1,5 30 53,2 12,5

IIIT-I - ШТ-3 - суммарный продукт термического растсорения 1ПТ-4 - 111Т-6 - осадки фильтрования

Аналогичные результаты получены и для фусов полукоксования черемхов-с^х углей. Для осуществления процесса экстракции шламов термического растворения сланцев с повышенным выходом беззольного экстракта, процесс следует вести при повышенной температуре и давлении.

Разработанная технология экстракционной переработки применительно к фусам полукоксования черемховских углей позволяет увеличить ресурсы жидкого топлива и решить задачу, связанную с утилизацией отходов.

ВЫВОДЫ

1. Впервые рассмотрены технологические параметры процесса экстракции применительно к шламам гидрогенизации бурых углей Канско-Ачинского бассейна и показана возможность эффективного осуществления процесса при атмосферном давлении и температуре 70°С, что, в отличие от зарубежных аналогов, значительно упрощает аппаратурно-технологическое оформление процесса.

2. Найдены оптимальные параметры процесса экстракции жидких продуктов из шламов гидрогенизации угля. Показано, что на. стадии экстракции при времени 15 минут и температуре 70°С массовое соотношение раствори-тель:шлам равно 1,0 (для первичных шламов) и составляет 1,0-1,5 (для вторичных шламов), причем экстрагеьт должен содержать не менее 5С5ь ароматических углеводородов. На стадии фильтрования при этой же температуре необходимо поддерживать давление не более 0,6 МПа, а толщину слоя осадка - не более 15 мм. Третью стадию процесса (отгонку) осуществляют противотоком газовым теплоносителем, преимущественно азотом, с расходом не более 5м^/ч при температуре не' выше 300°С и времени обработки осадка 15-30 минут. Содержание асфальтенов в осадке не должно превышать 25^. Заключительную стадию (ректификацию) проводят при температуре парожид-костной смеси не выше 230°С. "'. -• • ..... •

3. Впервые установлено, что-использование в качестве йкстрагентов технических растворителей позволяет достигать высоких степеней извлечения жидких продуктов - до 9СЙ и выше (для первичных шламов) с их частичной деасфальтизацией, которая составляет порядка 5С$.

4. Показано, что при экстракционной переработке степень извлечения жидких продуктов из шламов гидрогенизации угля Березовского месторождения ниже, чем из шламов гидрогенизации угля Бородинского месторождения. Однако изменение оптимальных технологических параметров процесса экстракции нецелесообразно, поскольку увеличение степени извлечения

жидких продуктов в данном случае достигается только повышенным расходом растворителя.

5. На основании результатов исследований были подготовлены исходные данные на проектирование узла экстракционной переработки шлама для Опытного завода СГ-5 и опытно-промышленной установки СГ-75. Тульским . филиалом Гипрсшахт выполнен рабочий проект экстракционной установки производительностью 325 кг/ч по шламу применительно к Опытному заводу CI-5.

6. Установлено, что процесс экстракции, разработанный для шламов гидрогенизации, применим также и для других процессов переработки твердых топлив, а для фусов полукоксования черемховских углей позволяет не только увеличить ресурсы жидкого топлива, но и решить задачу связанную с утилизацией отходов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Горлов Е.Г., З^гурская JI М., Зотова О.В. Переработка фусов полукоксования черемховсккх углей /Димия тв. топлива. - 1983. - F5. -C.105-110.

2. Гельперин Н.И., Пебалк В.Л., ¡Дашкова М.Н., Горлов Е.Г., Зотова О.В. Переработка шламов гидрогенизации бурого угля Канско-Ачинского бассейна //Тез докл. научно-прикладной конференции по КАТЭК. - Красноярск, IS83.-C.67.

3. Горлов Е.Г.;, Головин Г.С.Зотова О.В., Волошина И. А. Разделение продуктов ожижения твердых топлив. //Тез. докл. I Респуб. конф. Перспективы использования угля и продуктов его переработки в народном хозяйстве. - Донецк, 1935.- С. 42-43.

4. A.c. 1327532 СССР, МКИ3 С 10 01/06. Способ переработки продуктов гидрогенизации угля /Кричко к'.А., Хренкова Т.Н., Чижевский A.A., Зотова О.В., Горлоз • Е.Г. - Приоритет 01.08.85.

5. Гельперин Н.И., Пебалк B.JI., Шашхова М.Н., Горлов Е.Г., Зотова О.В. Экстракция жидких продуктов из шлама гидрогенизации угля/Дим. пром-сть. У 1986.-'"б.-С. 42-45.

6. Гельперин Н.И., Пебалк B.JI., Каткова М.Н., Горлов Е.Г., Немков-ский Д.И.¡"Зотова О.В. Влияние асфальтенов на процесс экстракционного ~ извлечения жидких продуктов из шламов гидрогенизации углей /Димия тв. топлива.- 1986. - Р5. - С. 54-57.

7.Гельперин Н.И., Пебялк В Л., Каткова М.Н., Горлов Е.Г., Головин Г.С., Зотова О.В. Отгонка жидких продуктов в процессе экстракционной

обработки шлама гидрогенизации угля /Димия тв. топлива. - 1986. - F5. - С. 58-62.

8. Гельперин Н.И., Пебалк B.J1. , Шашкова М.Н., Горлов Е.Г., Зотова О.В. Исследование процессов фильтрования шлама гидрогенизации углей и суспензий, полученных при экстракции масел /Дурн. прикл. химии. -

1987. - Я. - С. 895-900.

9. Чижевский A.A., Хренкова Т. М., Зотова О.В., Горлов Е.Г. Состав и строение компонентов шлама гидрогенизации угля и их изменение в процессе механообработки /Димия, тв. топлива. - 1987. - КЗ. - С. 105-109.

10. Чижевский A.A., Зотова О.В., Хренкова Т.М., Горлов Е.Г., Крич-ко И.Б. Состав и строение продуктов полученных при двухступенчатой экстракции шлама гидрогенизации угля /Димия тв. топлива. - 1987. - JP6.-С. 72-78.

II. Горлов Е.Г., Зотова О.В., Рубан В.А. Выделение жидких продуктов фильтрованием шламов гидрогенизации углей /Димия тв. топлива.-

1988. - JP2. - С. II5-I22.

12. Бахарева Е.Д., Горлов Е.Г., Горькова H.A., Зотова О.В., Рубан В. А. Определение оптимальных технологических режимов процесса экстракции угольных шламов /Димия тв. топлива. - 1989. - М. - С. 68-75.

13. Горлов Е.Г., Зотова О.В., Головин Г.С., Разделение продуктов экстракции шламов термического растворения угля /Димия тв. топлива. -

1989. - Ю. - 81-86.

14. Горлов Е.Г., Зотова О.В., Рубан В.А.Экстракционное выделение жидких продуктов из шламов термического растворения углей /Димия тв. топлива. - 1989. - Р4. - С.34-40.

15.Горлов Е.Г., Воль-Эпштейн A.B., Зотова О.В., Шпильберг М.Б. Выделение жидких продуктов термического растворения сланцев экстракцией /Димия тв. топлива. - 1990. -Г5. - С. 43-51.

Jfl

Заказ 4ÎÔ Тираж IOO формат 60x90/16

"Копир"