Использование жидких отходов нефтепереработки для обогащения высокозольного угольного шлама Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 622. 648. 24

С.А. Семенова, Ю.Ф.Патраков

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖИДКИХ ОТХОДОВ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ВЫСОКОЗОЛЬНОГО УГОЛЬНОГО ШЛАМА

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

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

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

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

ния было испытать влияние до- ботки на флотируемость высо-

Таблица1

Технические характеристики исходного шлама

Вид анализа Наименование показателя Значе- ние пока- зателя

Технический Влага рабочая Wtг 17,0

анализ, % Влага аналитическая Wa 1,4

Выход летучих веществ У*1 25,2

Зольность А* 37,0

Теплота сгорания высшая , МДж/кг 37,70

ккал/кг 9010

низшая р1г , МДж/кг 17,20

ккал/кг 4110

Элементный Углерод С*11 87,1

состав, % Водород Н*1 4,6

Кислород О*1 6,0

Азот 2,0

Сера 0,3

Петрографиче- Витринит V: 37,8

ский состав, % Семивитринит Яу 27,8

ИнертинитI 34,4

Показатель отражения витринита Я0 1,37

Химический Я1О2 46,5

состав золы, % АЪОэ 16,0

РС2Оз 14,0

СаО 6,8

МяО 2.0

Т1О2 0,4

МпО2 2,0

ЯОз 10,0

Р2О5 0,6

Таблица 2

Гранулометрический состав и зольность фракций исходного шлама

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

200-500 32,4 33,5

125-200 8,1 34,2

63-125 18,9 34,2

0-63 40,6 37,1

Химическая технология

77

козольного шлама с тонкодисперсным распределением минеральных компонентов.

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

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

На эффективность масляной агрегации мелких частиц угля испытывали влияние расхода

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

Различные способы обогащения оценивали по индексу эффективности [2]

А

Ак

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

Результаты гранулометри-

Результаты масляной агломерации

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

При использовании в каче-

Таблица з

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 4

Характеристика углемасляного концентрата (флотация с отработанным моторным маслом)

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

С Н (О+М+Я) Высшая р,1аі Низшая Р1г

МДж/кг ккал/кг МДж/кг ккал/кг

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

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

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

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

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

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

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

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

ВЫВОДЫ

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

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

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

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

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

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

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

□ Авторы статьи:

Семенова Светлана Александровна

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

Патраков Юрий Федоровия

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