Перспективные термокаталитические процессы переработки бурых и сапропелитовых углей в синтетические топлива, связующие и углеродные материалы : научное издание
Библиографическое описание:Перспективные термокаталитические процессы переработки бурых и сапропелитовых углей в синтетические топлива, связующие и углеродные материалы : научное издание / Б. Н. КУЗНЕЦОВ, Н. В. ЧЕСНОКОВ. - Текст : непосредственный // Химия в интересах устойчивого развития. - 2017. - Т. 25, № 3. - С. 231-244. - ISSN 0869-8538, DOI 10.15372/KhUR20170301. Перевод заглавия: Promising Thermocatalytic Processes for Refining of Brown and Sapropelite Coal into Synthetic Fuels, Binding and Carbon Materials
Аннотация:Обобщены результаты исследований, выполненных в Институте химии и химической технологии СО РАН с 1998 по 2014 гг., в области термокаталитических превращений бурых и сапропелитовых углей с получением газообразных и жидких топлив, связующих и углеродных материалов. Разработаны фундаментальные основы автотермических процессов окислительной карбонизации бурого угля в псевдоожиженном слое катализатора с получением полукокса и углеродных сорбентов, а также одновременного получения топливного газа и синтез-газа, основанных на синхронизации работы двух реакторов псевдоожиженного слоя - пиролизера и газификатора. Благодаря применению псевдоожиженного слоя частиц катализатора при окислительной карбонизации бурого угля удается совместить в одном аппарате процессы горения и термообработки угля. В качестве катализаторов используются шлаки металлургических производств, проявляющие при повышенных температурах каталитическую активность в реакциях окисления летучих веществ, выделяющихся из угля. Разработанный метод позволяет регулировать степень карбонизации угля и, соответственно, свойства получаемых углеродных продуктов за счет изменения расходных коэффициентов измельченного угля и воздуха, подаваемых в реактор. При этом изменяются глубина термообработки угля и такие характеристики получаемого углеродного продукта, как теплота сгорания, содержание летучих веществ, его химический состав и пористость. В режиме частичной газификации угля в псевдоожиженном слое катализатора газифицируется только наиболее реакционноспособная часть топлива и образуется пористый углеродный продукт, который может использоваться в качестве сорбента. Получение синтез-газа предложено осуществлять путем интеграции пиролизера и газификатора. Сырьем для паровой газификации служит полукокс, образующийся при карбонизации бурого угля в пиролизере. Поскольку из полукокса уже удалена большая часть летучих веществ, то его газификация не сопровождается выделением смолистых продуктов. Благодаря этому получаемый газ не требует дорогостоящей очистки от примесей при дальнейшем его использовании в процессах синтеза. Предложены новые методы получения жидких топлив и связующих для дорожного строительства, основанные на процессах гидрогенизации бурого угля и его смесей с нефтяными остатками и синтетическими полимерами в присутствии механохимически активированных железорудных катализаторов в среде водорододонорных растворителей. Продукты совместной переработки бурых углей, нефтяных остатков и отходов синтетических полимеров использованы для получения дорожных связующих, а на основе маслостойких каучуков и жидких угольных продуктов предложено получать модификаторы дорожных битумов. Осуществлен подбор оптимальных условий термической переработки сапропелитовых углей в реакторе псевдоожиженного слоя, обеспечивающих повышенный по сравнению с известными процессами полукоксования углей выход жидких продуктов. Последние в силу своего состава могут подвергаться переработке по стандартным технологиям нефтепереработки.
The article summarizes the results of the studies performed at the Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS from 1998 to 2014 in the area of thermocatalytic transformations of brown and sapropelite coal into gaseous and liquid fuels, binding and carbon materials. The fundamentals were developed for the autothermal process of brown coal carbonisation in a fluidized bed of catalyst with obtaining semi-coke and carbon sorbents. Additionally, the simultaneous preparation of fuel gas and syngas based on parallel operation of two fluidized bed reactors that are pyrolyser and gasifier was studied. Due to the use of a fluidized bed of catalyst particles during oxidative carbonization of brown coal, we managed to combine in one apparatus the processes of combustion and thermal treatment of coal. Metallurgical slags capable of oxidizing volatile substances released from coal were used as catalysts at elevated temperatures. The developed method allowed regulating the degree of coal carbonisation and, respectively, the properties of the resulting carbon products by changing the consumption coefficients of powdery coal and air fed to the reactor. Herewith, the depth of thermal treatment of coal and such characteristics of the resulting carbon product, as the heat of combustion, a content of volatile substances, its chemical composition and porosity were changed. Only the most reactive part of fuels was gasified in a catalytic boiling layer in a mode of partial gasification of coal and the porous carbon product was formed, the latter could be used as a sorbent. It was proposed to produce syngas by using a pyrolyser-gasifier. Semi-coke formed during brown coal carbonisation in a pyrolyser was raw materials for steam gasification. Since the major part of volatile substances was already removed from semi-coke, the release of resinous products did not accompany its gasification. Therefore, the product gas did not require expensive purification from impurities before its use in synthesis processes. New methods for the preparation of liquid fuels and road binders were proposed. They were based on the process of hydrogenation of brown coal and its mixtures with oil residues and synthetic polymers in the presence of mechanically activated iron-ore catalysts in the environment of hydrogen donor solvents. Products of joint refining of brown coal, oil residues and synthetic polymers wastes were used to obtain road binders, and it was proposed to obtain modifiers for paving asphalt based on oil-resistant rubbers and liquid coal products. The optimum conditions for thermal refining of sapropelite coal in a reactor with a fluidized bed were selected. They provided the increased yield of liquid products in comparison with the known processes of semicoking of coal. The composition of the products allowed their refining by standard oil refining technologies.
