Библиографическое описание:

Монгуш Г. Р., Котельников В. И. Установка экстракции углей диоксидом углерода. На примере Улуг-Хемского угольного бассейна // Молодой ученый. — 2013. — №5. — С. 89-91.

Создана экспериментальная установка, позволяющая проводить исследования экстракции углей диоксидом углерода, в широких интервалах давлений (до 15 МПа) и температур (до 350 К).

An experimental installation is created that enables to study of coal extraction by carbon dioxide, in a wide interval of pressures (up to 15 MPa) and temperature (350 K).

Введение

Каменные угли Улуг-Хемского бассейна известны с глубокой древности. Длина основных стволов в древних горных выработок, обнаруженных на Элегестском и Межегейском месторождениях, достигала до 100 м. [1] В 40-х годах 20 века различными специалистами изучались геологическое строение и угленосность, подсчет запасов, проводилась оценка качества и технологических свойств, исследованы химико-технологические свойства углей различных генетических типов бассейнов Тувы. [2]

В 2007 году по результатам геологоразведочных работ по угленосности Тувы были подсчитаны запасы углей: в Улуг-Хемском бассейне 4 млрд.тон, а вне Улуг-Хемского бассейна 68 млн.тон угля. В запасах подсчитаны балансовые, в т. ч. по категориям А, В, С, и забалансовые, угли различных марок [3].

В настоящее время приводятся оценки запасов углей Республики до 20 млрд. тон. [4].

Возросший интерес к тувинским углям из-за их высоких качеств, таких как малосерниcтость, высокое содержание витринита, низкая зольность стимулирует поиск новых инновационных методов использования угля. Уголь — сложнейшее органоминеральное образование, и поэтому обладает разнообразными свойствами. Это предопределяет возможность его использования практически во всех отраслях народного хозяйства. [5]

Комплексная энергохимическая переработка каменных углей представляется более высокой технической ступенью производства и согласуется с принципами экологически щадящей, социально-приемлемой и застрахованной от кризисов энергетической политики, которая предполагает оптимальное использование энергоресурса топлива путем предварительного извлечения из него всех ценных веществ. Получаемые из угля синтетические топлива могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Основными недостатками известных технологий химической переработки углей являются относительно низкая производительность и жесткие условия их осуществления (высокие температуры и давление). Для устранения указанных недостатков в углепереработке все шире применяются катализаторы и новые технологические процессы, позволяющие получать из угля разнообразные продукты топливного и химического назначения. К основным из них относятся процессы пиролиза, газификации и гидрогенизации угля. [6]

Перспективной технологией переработки углей, может быть сверхкритическая флюидная экстракция (СКФЭ) угля.

Преимущества сверхкритической флюидной экстракции (по сравнению с жидкостными экстракциями) проявляются, во-первых, в относительно высоких скоростях из-за низкой вязкости и высокой диффузионной способности, которая связана со свойством сверхкритических флюидов. СКФ — это вещества, находящиеся в сверхкритическом состоянии, т. е. при температурах и давлениях, превышающих их критические значения (соответственно, Тк, Рк).

Использование диоксида углерода для извлечения из углей жидких битуминозных веществ (преимущественно углеводородов) является перспективным направлением. Растворяющая способность С02 определяется его фазовым состоянием, которое в свою очередь зависит от параметров процесса экстракции— давления и температуры.

Метод С02-экстракции угля имеет ряд преимуществ.

-        простота отделения экстрагируемого вещества от растворителя (С02);

-        CO2 не горюч и не является взрывчатым веществом, следовательно в технологическом цикле нет необходимости в специальных устройствах против возгорания и взрыва;

-        CO2 стерилен и бактериостатичен;

-        высокая селективность извлечения компонентов непосредственно в процессе экстракции;

-        CO2 безопасен для окружающей среды, он не дает сточных вод и отработанных растворителей; отсутствие остаточных количеств органических растворителей в извлекаемых компонентах.

-        Низкие эксплуатационные затраты; Потребление энергии для регенерации растворителя во многих случаях меньше, чем при традиционной экстракции. [7]

С целью повышения энергоэффективности и экономической целесообразности использования углей Улуг-Хемского угольного бассейна и получения из них более ценных жидких и твердых продуктов создана установка экстракции углей диоксидом углерода.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Установка позволяет проводить экстракцию при подаче диоксида углерода в до- и сверхкритическом состоянии — с использованием вентиля высокого давления. Диапазон давлений — 5–15 МПа, температур — 293–350 К, объемный расход сжиженного С02 — до 1 л/ч. Принципиальная схема установки угля диоксидом углерода показана на Рис.1.

Принцип работы установки:

Через вентиль В1 установку соединяем с баллоном (1) со сжиженным диоксидом углерода. После заполнения экстрактора (реактор высокого давления) (2) диоксидом углерода до сверхкритического давления (7–10 МПА) и достигнув сверхкритической температуры (308–330К) в экстракторе (2), с помощью теплообменника нагревания (3), вентиль В1 перекрываем.

Эксперимент СКФЭ в экстракторе (2) длиться от 1 до 3 часов. Давление и температура поддерживается выше критических точек СО2. После истечения экспериментально заданного времени и ожижения загруженного образца угля, открываем вентиль высокого давления В2. Далее СК-СО2 сэкстрактом попадает в испаритель (4), в котором давление и температура устанавливается ниже критической (за счет увеличения объема испарителя (4) и теплообменника охлаждения (5)), где происходит разделение фаз с образованием газообразного СО2 и выделением в приемнике (4) экстрагируемых веществ (жидких и твердых) в течение 2 мин.

Давление и расход в системе регулируется вентилем высокого давления В1.

Для контроля за процессом экстракции предусмотрены манометр М1 и термометр Т1.

Для контроля расхода СО2 на линии после вентиля В1 установлен расходомер FM. [7,8,9]

Рис. 1. Принципиальная схема установки экстракции с применением диоксида углерода: 1 — Баллон с СО2; 2 — экстрактор; 3 — теплообменник нагревания; 4 испаритель (приемник); 5 — теплообменник охлаждения; В — вентили; М — манометр; Т — термометр, FM — расходомер.

Заключение

Разработана экспериментальная установка, которая позволяет проводить экстракцию угля диоксидом углерода при до и сверхкритических параметрах в широком диапазоне и позволяет получать жидкие и твердые экстрагируемые вещества в приемнике (синтетический битум — источник углеводородов), а также остаточный твердый продукт в экстракторе, который можно также использовать для получения углеродных материалов.

Литература:

1.   Лосев А. А. Краткий геолого-экономический очерк Улуг-Хемского каменноугольного бассейна и других угленосных площадей Тувинской автономной области, 1952г, 53с

2.   Клопотов И. К. Исследование спекающихся Тувинской обл. в полузаводских условиях. Свердловск Восточный Научно-исследовательский Углехимический институт, 1951г, 66 с

3.   Лебедев Н. И. Угли Тувы: Состояние и перспективы освоения сырьевой базы / Отв.ред. докт. геол.-мин. наук В. И. Лебедев. — Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2007. — 180 с.

4.   Состояние и освоение природных ресурсов тувы и сопредельных регионов центральной азии. Геоэкология природной среды и общества: выпуск 10, 11/ Отв.ред.д.г-м.н. В. И. Лебедев.- Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2010.-304 с.

5.   Котельников В. И., Федянин В. Я., Баринов А. В., Рязанова Е. А. Экологически безопасные технологии получения угольного топлива // Ползуновский вестник. — 2012. — № 3/1 C. 42–46.

6.   Котельников В. И., Баринов А. В., Патраков Ю. А., Рязанова Е. А., Федянин В.Я Инновации в технологиях глубокой переработки угля Горение твердого топлива: Тезисы докладов VIII Всерос. конф. с междунар. Участием, Новосибирск, 13–16 ноября 2012 г. — Новосибирск: Изд-во Института теплофизики СО РАН, 2012г. — 164 с., ISBN 978–5-89017–031–6.

7.   Лифщиц С. Х. Экстракция углеводородов из углеродсодержащего сырья сверхкритическим диоксидом углерода / С. Х. Лифшиц, О. Н. Чалая, И. Н. Зуева // Сверхкритические Флюиды: теория и практика. — 2012. — № 3. — С. 12–19.

8.   Радаев А. В. Влияние термобарических условий в однородном пласте на вытеснение маловязкой нефти сверхкритическим диоксидом углерода / А. В. Радаев, Н. Р. Батраков, А. А. Мухамадиев, А. Н. Сабирзянов // Сверхкритические Флюиды: теория и практика. — 2009. — Т.4. — № 3. — С. 7–15.

9.   Самедова Ф. И. Обезвоживание и обессоливание нефтей на установках ЭЛОУ-АВТ НПЗ с использованием сверхкритического диоксида углерода / Ф. И. Самедова, А. М. Касумова, С. Ю. Рашидова, Г. Р. Бахшеш // Сверхкритические Флюиды: теория и практика. — 2011. — № 1. — С. 13–18.

Основные термины: диоксидом углерода, углей диоксидом углерода, экстракции углей диоксидом, диоксида углерода, угля диоксидом углерода, сверхкритическим диоксидом углерода, переработки углей, высокого давления, Установка экстракции углей, исследования экстракции углей, установка экстракции углей, сжиженным диоксидом углерода, установки угля диоксидом, Улуг-Хемского угольного бассейна, экстракцию угля диоксидом, углей Улуг-Хемского угольного, химико-технологические свойства углей, углей жидких битуминозных, технологией переработки углей, химической переработки углей

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle