CC BY
38Journal of Siberian Federal University. Chemistry 4 (2011 4) 319-328
УДК 662.749
Гидрогенизация бурого угля в присутствии высокодисперсных железосодержащих катализаторов
В.И. Шарыпова*, Н.Г. Береговцоваа, С.В. Барышников'1, А.М. Жижаева, Б.Н. Кузнецов"'5
а Институт химии и химической технологии СО РАН, Россия 660049, Красноярск, ул. К. Маркса, 42 б Сибирский федеральный университет, Россия 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 1
Received 2.12.2011, received in revised form 9.12.2011, accepted 16.12.2011
Исследовано влияние высокодисперсных железосодержащих катализаторов на показатели процесса гидрогенизации бурого угля Бородинского разреза Канско-Ачинского бассейна. Катализаторы получали механохимическим активированием гематита, с последующим диспергированием в угле или тетралине с использованием ультразвука и нанесением на уголь из золя, полученного гидролизом FeCl3.
Наиболее высокая степень конверсии угля в жидкие и газообразные продукты 85,3 масс. % и выход мальтенов 56,1 масс. % были получены в присутствии активированного гематита, диспергированного с использованием ультразвука в тетралине.
В процессе гидрогенизации угля в тетралине железосодержащие катализаторы ускоряют как реакции прямого гидрирования органической массы угля (ОМУ) и продуктов ее деструкции молекулярным водородом, так и гидрирование (восстановление водородно-донорных свойств) дегидрированного водородно-донорного растворителя. В присутствии гематитовых катализаторов потребление углем водорода из тетралина составило 2,0-2,3 % от ОМУ, молекулярного водорода - 2,3-2,5 % от ОМУ.
Ключевые слова: бурый уголь, гидрогенизация, железосодержащий катализатор, жидкие продукты.
Известно, что железосодержащие материалы, такие как продукты и полупродукты переработки железных руд, отходы металлургических производств и т.д., находят применение в
* Corresponding author E-mail address: [email protected]
1 © Siberian Federal University. All rights reserved
качестве гетерогенных катализаторов в процессах гидрогенизации угля [1,2]. Преимущества таких каталитических систем - доступность и возможность регенерации относительно простыми способами. Кроме того, невысокая стоимость позволяет использование их в качестве одноразовых катализаторов без стадии регенерации, что особенно актуально при разработке крупнотоннажных процессов гидрогенизации угля. Подобные материалы, как правило, находятся в грубодисперсной форме. Для их диспергирования применяют различные методы [3-5], в ряду которых относительно простым и весьма эффективным является механохимическое активирование в энергонапряженных мельницах-активаторах [6, 7].
Высокодисперсное распределение соединений железа может быть достигнуто импрегни-рованием угля растворами их солей и комплексных соединений железа. Такой способ часто сопровождается последующим переводом соединений железа, нанесенных на поверхность угля в требуемую форму с использованием различных химических воздействий [8-10].
Перспективный метод - введение в уголь в высокодисперсной форме соединений железа из золей, образующихся при гидролизе растворов хлорида или нитрата железа. Ядро золя составляют молекулы гидроксида железа. Потенциалопределяющими являются ионы FeO+, противоионами, соответственно, хлорид- или нитрат-ионы. Нанесение катализатора осуществляют в условиях, обеспечивающих адсорбцию гидроксикомплексов железа в порах угля, при этом размер комплексов определяется рН среды и концентрацией железа в золе [11-13].
Гидрогенизация углей представляет собой сложный физико-химический процесс, в котором протекает значительное число последовательных и параллельных химических реакций превращения твердой органической массы угля (ОМУ) в газообразные, жидкие и твердые продукты. В этом процессе обычно выделяют следующие стадии: термическая деструкция макро-молекулярной структуры угля с образованием радикальных фрагментов - рекомбинация этих радикалов с образованием высокомолекулярных продуктов, насыщение радикалов в результате реакций гидрирования молекулярным водородом или водородом водородно-донорного растворителя с образованием низкомолекулярных продуктов.
Анализ литературных источников показывает, что существуют различные точки зрения на роль железосодержащих катализаторов в процессе гидрогенизации угля. Ряд авторов пришли к заключению, что железосодержащие катализаторы промотируют термическую деструкцию органической массы угля [14, 15], но большинство исследователей считают, что катализаторы ускоряют реакции гидрирования ОМУ или продуктов ее термической деструкции [16-26]. При этом рассматривается два возможных направления передачи молекулярного водорода к ОМУ. Гидрирование и гидрокрекинг угля происходят в основном водородом водородно-донорного растворителя, последний при этом дегидрируется. Железосодержащие катализаторы промотируют гидрирование молекулярным водородом «отработанного» водородно-донорного растворителя, т.е. восстанавливают его водородно-донорные свойства [20-21]. Другие исследователи полагают, что под давлением водорода железосодержащие катализаторы ускоряют реакции гидрирования молекулярным водородом непосредственно угля или продуктов его термического превращения [22-25]. Основная роль растворителя в этом случае заключается в обеспечении хорошей растворимости угля, а не в переносе водорода [26].
Отмеченные противоречия в выводах авторов, очевидно, отражают сложное влияние многих параметров процесса гидрогенизации на реакции превращения ОМУ. К числу таких
параметров относятся: специфические свойства угля (происхождение, степень метаморфизма, степень окисленности и т.д.), температура процесса, тип и свойства растворителя, состав, дисперсность и способы введения железосодержащих катализаторов в реакционную среду.
В настоящей работе изучено влияние железосодержащих катализаторов, введенных различными методами в реакционную смесь в высокодисперсной форме, на показатели процесса гидрогенизации бурого угля Бородинского разреза Канско-Ачинского бассейна.
Экспериментальная часть
В работе использовали бурый уголь марки Б-2 Бородинского месторождения Канско -Ачинского бассейна, элементный состав которого представлен ниже (% на массу абсолютно сухого, обеззоленного угля): С-70,4; Н- 5,0; N-0,8; S-0,2; 0-23,6. Уголь измельчали до размера частиц < 0,25 мм и высушивали при 100-105 оС до влажности < 1 масс. %.
Железосодержащие катализаторы были приготовлены и введены в реакционную смесь следующими способами:
1. Порошкообразный гематит (хч) подвергали механохимической обработке в смеси с водой в энергонапряженной мельнице - активаторе АГО-2 [6]. Активированный катализатор добавляли к смеси угля и воды (2:10 мас. частей) из расчета 5 % к ОМУ и диспергировали с использованием ультразвука в ультразвуковой ванне Elmasonic S15H в течение 5 мин. Затем смесь высушивали при 105 0С до влажности < 1 масс. %.
2. Порошкообразный гематит, подвергнутый механохимической обработке в смеси с водой в энергонапряженной мельнице - активаторе АГО-2, добавляли к тетралину из расчета 5 % к ОМУ и диспергировали с использованием ультразвука с последующим удалением воды из смеси при 24 0С под вакуумом.
3. Наносили железо на поверхность угля из золя, получаемого гидролизом хлорида железа (III) в воде по методике, описанной в работе [11], из расчета 3,5 % Fe к ОМУ
Для исключения влияния железа, входящего в состав минеральной части, бурый уголь предварительно обрабатывали соляной кислотой по методике, описанной в работе [7].
Эксперименты по гидрогенизации угля проводили во вращающемся автоклаве объемом 0,25 л. Смесь угля, катализатора и растворителя загружали в автоклав, герметизировали и промывали 3 раза аргоном для удаления воздуха. После этого закачивали в автоклав водород до 5,0 МПа и нагревали до температуры 430 0С. Длительность эксперимента составляла 1 ч с момента выхода автоклава на режим, в этих условиях давление в автоклаве составляло 10,0 -12,5 МПа. В качестве растворителей были исследованы нафталин, тетралин и декалин. После завершения эксперимента автоклав охлаждали, выявили объем газообразных продуктов. Состав газообразных продуктов определяли методом газовой хроматографии по методике [6]. Потребление газообразного водорода рассчитывали как разность его количеств в автоклаве до и после эксперимента.
Конденсированную часть продуктов извлекали из автоклава и разделяли на мальтены, экстрагируемые гексаном, асфальтены, экстрагируемые бензолом, и твердый остаток. По количеству твердого остатка и его зольности рассчитывали степень превращения ОМУ в газообразные и жидкие продукты.
Образцы угля с введенным различными способами катализатором исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа S5500 (Hitachi, Япония) при ускоряющем напряжении 10-30 кВ.
Содержание тетралина и нафталина в продуктах гидрогенизации угля определяли методом хромато-масс-спектрометрии с использованием хроматографа Agilent 7890А, снабженного детектором селективных масс Agilent 7000A Triple Quad при регистрации полного ионного тока. Разделение продуктов осуществляли на капиллярной колонке HP-5MS длиной 30 м с внутренним диаметром 0,25 мм при программировании температуры в интервале 40-250 0С (скорость подъема температуры 3 0С/мин).
Результаты и обсуждения
Проведенные исследования показали, что обработка гематита механохимическим методом в оптимальных условиях приводит к значительному увеличению (до 80 м2/г) его удельной поверхности (рис.1). Одновременно происходит уменьшение размера его частиц и агрегирование частиц с образованием крупных агрегатов. Механическое диспергирование активированного гематита в угле не вызывает разрушение агрегатов (рис. 2 а). Диспергирование активированного гематита в угле с использованием ультразвука (способ 1) приводит к существенному уменьшению размеров и разрушению агрегатов, при этом значительная часть катализатора находится на поверхности угля в виде частиц с размерами менее 100 нм (рис. 2 б). При исследовании образцов угля с катализатором, нанесенным из золя, получаемого гидролизом хлорида железа (III) (способ 3), метод сканирующей микроскопии оказался не достаточно информативным. Только незначительную часть частиц катализатора удалось обнаружить, они находятся на поверхности угля преимущественно в виде «корки» (рис. 2 в). Вероятно, большая часть катализатора находится в высокодисперсной форме на поверхности, либо в порах угля, что не позволяет надежно его регистрировать методом сканирующей микроскопии. Domazetis с соавторами [11] с использованием методов XPS, TOF-SIMS установил образование следующих разновидностей ионов и гидроксид-ионных комплексов железа: Fe3+, [Fe2(OH)2]4+, [Fe(OH)]2+, [Fe3(OH) 4]5+, [Fe(OH)2]+, [Fe5(OH)12]3+, ^(ОЩоГ, [Fe5(OH)n]2+, [Fe5(OH)12(H2O)2]3+, [Fe7(OH)16(H2O)5]5+ при нанесении железа из золя в условиях, аналогичных используемым в настоящей работе.
В процессе гидрогенизации угля в тетралине, обладающем водородно-донорными свойствами, исследуемые катализаторы значительно увеличивают степень конверсии ОМУ (табл. 1). Наиболее высокие показатели степени конверсии угля (85,3 масс. %) и выхода жидких продуктов (56,1 масс. %) наблюдались в присутствии гематита, диспергированного ультразвуком в тетралине (способ 2). В присутствии катализатора, нанесенного в высокодисперсной форме на поверхность бурого угля из золя, были получены относительно невысокие показатели превращения угля. Этот факт может быть объяснен нахождением ионов железа в виде сложных гидрид-ионных комплексов [11], что может создавать определенные диффузионные ограничения для продуктов термической деструкции угля.
В условиях процесса гидрогенизации тетралин дегидрируется, превращаясь на 59-71 масс. % в нафталин. В отсутствие катализаторов и угля дегидрирования тетралина не наблюдается. Очевидно, что дегидрирование тетралина в присутствии угля протекает в результате его взаимодействия с ОМУ или продуктами ее термической деструкции. Исследуемые катали- 322 -
Рис. 1. Микрофотографии катализаторов во вторичных электронах, нанесенных на уголь различными способами: а - гематитовый катализатор после механохимического активирования, диспергирован в уголь с использованием ультразвука (способ 1); б - гематитовый катализатор после механохимического активирования диспергирован в уголь механическим смешиванием; в - катализатор, нанесен из золя, получаемого гидролизом хлорида железа(Ш) (способ 3)
продолжительность активирования, мин
Рис. 2. Зависимость величины удельной поверхности от продолжительности активирования гематита в смеси с водой в мельнице - активаторе АГО - 2
заторы ускоряют гидрирование нафталина молекулярным водородом с образованием тетрали-на, что приводит к увеличению его содержания в реакционной смеси (табл.1).
По данным газовой хроматографии газообразные продукты гидрогенизации угля представлены в основном оксидами углерода, содержание углеводородных газов С1 - С4 не превышало 20 мол. %. В процессе гидрогенизации происходит потребление молекулярного водорода углем. Установлено, что в присутствии гематитовых катализаторов потребление углем водорода из тетралина составило 2,0-2,3 % от ОМУ, газообразного водорода - 2,3-2,5 % от ОМУ
В процессе гидрогенизации угля тип растворителя оказывает существенное влияние на степень конверсии ОМУ и выход продуктов (табл. 1, 2). В среде декалина, растворителя, обладающего примерно одинаковой с тетралином способностью растворять продукты гидрогенизации угля, но не обладающего водородно-донорными свойствами, степень конверсии ОМУ существенно ниже аналогичных показателей, полученных в среде тетралина. Было установлено, что дегидрирование декалина в выбранных условиях не протекает. Таким образом, различие в показателях некаталитического превращения угля в среде тетралина и декалина характеризует вклад водородно-донорных свойств растворителя в суммарный процесс.
В среде декалина добавление исследуемых катализаторов к углю приводит к увеличению степени конверсии ОМУ и выхода мальтенов. Наиболее вероятно, что в этом случае каталитический эффект вызван прямым гидрированием ОМУ и продуктов ее деструкции молекулярным водородом на поверхности катализатора. Наибольшее увеличение степени конверсии угля в 1,2 раза наблюдалось в присутствии гематитового катализатора.
Исследование превращения угля в среде нафталина, вещества моделирующего полностью дегидрированный водородно-донорный растворитель, показало, что в отсутствие катализаторов степень превращения ОМУ и выход мальтенов существенно ниже соответствующих показателей, полученных в среде декалина и тем более тетралина. Вероятно, в
Таблица 1. Показатели гидрогенизации бурого угля в среде тетралина
Катализатор Степень конверсии ОМУ, масс. % Выход 3 мальтенов масс. % Выход асфальтенов, масс. % Отношение тетралин/ нафталин Потребление газообразного водорода, % от массы ОМУ
Без катализатора 1 53,5 33,2 2,4 0,9 < 0,5
Без катализатора 2 67,1 43,2 6,4 1,1 < 0,5
Нанесен на поверхность угля из золя, получаемого гидролизом FeClз1 66,7 48,3 3,1 1,6 2,0
Мехактивированный гематит, диспергирован ультразвуком в угле 1 76,5 53,4 3,5 1,5 2,3
Мехактивированный гематит, диспергирован ультразвуком в тетралине1 85,3 56,1 9,4 1,4 2,5
1 - отношение уголь: тетралин =1:1 масс. частей; 2 - отношение уголь : тетралин = 1:2 масс. частей; 3 -выход мальтенов = (степень конверсии ОМУ, масс. % - выход асфальтенов, масс. % - выход газообразных продуктов, масс. %).
Таблица 2. Показатели гидрогенизации бурого угля в среде нафталина и декалина
Катализатор Степень конверсии ОМУ, масс. % Выход мальтенов масс. % Выход асфальтенов масс. % Отношение тетралин / нафталин
Гидрогенизация в среде нафталина, отношение уголь : нафталин = 1:1 масс. частей
Без катализатора 37,3 13,4 8,7 = 0,1
Нанесен на поверхность угля из золя, получаемого гидролизом FeCl3 52,7 31,8 3,6 1,2
Мехактивированный гематит, диспергирован ультразвуком в угле 64,8 44,1 3,1 1,1
Гидрогенизация в среде декалина отношение уголь: декалин = 1:1 масс. частей
Без катализатора 48,2 29,6 2,4 -
Нанесен на поверхность угля из золя, получаемого гидролизом FeCl3 53,5 34,6 1,7 -
Мехактивированный гематит, диспергирован ультразвуком в угле 58,4 37,9 1,9 -
этом случае нафталин проявляет себя как акцептор водорода. По данным хромато-масс-спектрометрии примерно 8 мол. % нафталина превращается в свои частично гидрированные производные. В отсутствие катализаторов и угля этих продуктов превращения нафталина обнаружено не было.
Под действием исследуемых катализаторов происходит резкое, в 1,7 раза (с 37,3 без катализатора до 64,8 масс. %), увеличение степени конверсии ОМУ и выхода мальтенов. Одновременно под действием катализаторов интенсивно протекает гидрирование нафталина в тетралин,
т.е. в реакционной среде появляется водородно-донорный растворитель. Таким образом, этот эффект характеризует совокупный вклад реакций прямого гидрирования ОМУ и продуктов ее деструкции молекулярным водородом и непрямого гидрирования через стадию образования водородно-донорного растворителя. Максимальное относительное увеличение степени конверсии угля в 1,7 раза (с 37,3 масс. % без катализатора до 64,8 масс. %) наблюдалось под действием гематитового катализатора.
Представленные результаты показывают, что в процессе гидрогенизации угля в тетрали-не действие исследуемых катализаторов заключается как в ускорении реакций восстановления водородно-донорных свойств растворителя (гидрировании нафталина в тетралин), так и в ускорении реакций гидрирования продуктов превращения ОМУ молекулярным водородом. Более высокие показатели по степени конверсии и выходу жидких продуктов, наблюдаемые в гидрогенизации угля в присутствии гематитовых катализаторов, вероятно, вызваны более высокой его эффективностью в процессах гидрирования молекулярным водородом, по сравнению с нанесением оксида железа на поверхность угля из золя, получаемого гидролизом хлорида железа (III) в воде.
Выводы
В процессе гидрогенизации бурого угля в тетралине гематит, подвергнутый мехактивиро-ванию в мельнице-активаторе с последующим диспергированием с использованием ультразвука в угле или тетралине, а также железосодержащий катализатор, нанесенный на уголь из золя, полученного гидролизом FeCl3, существенно увеличивают степень конверсии ОМУ в жидкие и газообразные продукты. Наиболее высокая степень конверсии угля 85,3 масс. % и выход мальтенов 56,1 масс. % были получены в присутствии мехактивированного гематита, диспергированного с использованием ультразвука в тетралине.
В процессе гидрогенизации угля в тетралине железосодержащие катализаторы ускоряют как реакции прямого гидрирования угля и продуктов его деструкции молекулярным водородом, так и гидрирование (восстановление водородно-донорных свойств) дегидрированного водородно-донорного растворителя. В присутствии гематитовых катализаторов потребление углем водорода из тетралина составило 2,0-2,3% от ОМУ, молекулярного водорода - 2,3-2,5 % от ОМУ.
Образцы угля исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа S5500 (Hitachi, Япония). Жидкие продукты термопревращения угля исследованы методом хромато-масс-спектрометрии с использованием хроматографа Agilent 7890А Красноярского регионального центра коллективного пользования СО РАН.
Список литературы
1. Химические вещества из угля/ Под ред. Ю.Фальбе: Пер.с нем./Под ред. И.В. Калечица. М.: Химия, 1980. 614 с.
2. Кузнецов, Б.Н. Катализ химических превращений угля и биомассы. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1990. 302 с.
3. Liu Z.Y., Zondlo J.W., Stiller A.H., Dadyburjor D.B. Coal/Tire Coliquefaction Using an Iron Sulfide Catalyst Impregnated in Situ in the Coal// Energy & Fuels. 1995. Vol.9. P. 673-679.
4. Abotsi G.M.K., Bota K.B., Saha G., Mayes S. Effects of Surface Active Agents on Molybdenum Adsorption onto Coal for Liquefaction. Prepr. Pap.-Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem. 1996. Vol.41. P. 984-987.
5. Liu Z., Yang J., Zondlo J.W., Stiller A.H., Dadyburjor. D.B. In situ impregnated iron-based catalysts for direct coal liquefaction // Fuel. 1996. Vol.75. P. 5157.
6. Sharypov V.I., Kuznetsov B.N., Beregovtsova N.G. Reshetnikov O.L., Baryshnikov S.V. / Modification of iron ore catalysts for lignite hydrogenation and hydrocracking of coal - derived liquids. // Fuel. 1996. V.75. No.1. P.39 - 42.
7. Sharypov V.I., Kuznetsov B.N., Beregovtsova N.G., Startsev A.N., Parmon V.N. Catalytic Hydroliquefaction of Barzass Liptobiolitic Coal in a Petroleum Residue as a Solvent// Fuel. 2006. V.85. P.918 - 922.
8. Haoquan Hu, Jinfeng Bai, Hejun Zhu, Yong Wang, Shucai Guo, Guohua Chen, Catalytic Liquefaction of Coal with Highly Dispersed Fe2S3 Impregnated in-Situ// Energy & Fuels. 2001, V.15. P.830-834.
9. Jianmin Zhao, Zhen Feng, Frank E. Huggins, Gerald P. Huffman Characterization of Impregnated Iron Catalysts on Coal// Energy & Fuels. 1996. V.10. P.250-253.
10. Zhu J., Yang J., Liu Z., Dadyburjor D.B., Zhong B., Li B. Improvement and characterization of an impregnated iron-based catalyst for direct coal liquefaction// Fuel Process. Technol. 2001. V.72. P.199-214.
11. Domazetis G., Raoarun M., James B.D. Studies of Mono- and Polynuclear Iron Hydroxy Complexes in Brown Coal. Energy & Fuels. 2005. V.19. P.1047-1055.
12. Domazetisa G., Liesegang J., James B.D. Studies of inorganics added to low-rank coals for catalytic gasification// Fuel Processing Technology. 2005. V.86. P.463- 486.
13. Domazetis G., Raoarun M., James B.D. Analytical and Characterization Studies of Organic and Inorganic Species in Brown Coal// Energy & Fuels. 2006. V.20. P.1556-1564.
14. Borah D., Barua M., Baruah M. K. Dependence of pyrite concentration on kinetics and thermodynamics of coal pyrolysis in nonisothermal systems// Fuel Process. Technol. 2005. V.86. P.977-993.
15. Bai J., Wang Y., Hu H., Guo S., Chen G. Pyrolysis kinetic of coal in-situ impregnated with Fe2S3// J. Fuel Chem. Technol. 2001. V.29. P.39-43.
16. Wei X. Y., Ogata E., Zong Z. M., Niki E. Effect of hydrogen pressure, sulfur and FeS2 on diphenylmethane hydrocracking// Energy Fuels. 1992. V.6. P.868-869.
17. Wei X. Y., Ogata E., Zong Z. M., Niki E. Effects of iron catalyst precursors, sulfur, hydrogen pressure and solvent type on the hydrocracking of di(1-naphthyl)methane// Fuel. 1993. V.72. №11. P.1547-1552.
18. Kabe T., Saito M., Qian W., Ishihara A. Elucidation of hydrogen mobility in coal using a tritium pulse tracer method. Hydrogen exchange reaction of coal with tritiated gaseous hydrogen// Fuel. 2000. V.79. P.311-316.
19. Ishihara A., Nishigori D., Saito M., Sturisna I. P., Qian W., Kabe T. Elucidation of Hydrogen Mobility in Functional Groups of Coals Using Tritium Tracer Methods// Energy Fuels. 2002. V.16. P. 32-39.
20. Cronauer D. C., Jewell D. M., Shah Y. T., Modi R. J. Mechanism and Kinetics of Selected Hydrogen Transfer Reactions Typical of Coal Liquefaction. Ind. Eng. Chem. Fundam. 1979, V.18, P.153-162.
21. McMillen D. F., Malhotra R., Chang S. J., Ogier W. C., Nigenda S. E., Fleming R. H. Mechanisms of hydrogen transfer and bond scission of strongly bonded coal structures in donor-solvent systems// Fuel. 1987. V.66. P.1611-1620.
22. Vernon L. W. Free radical chemistry of coal liquefaction: role of molecular hydrogen// Fuel. 1980. V.59. №2. 102-106.
23. Skowronski R. P., Ratto J. J., Goldberg I. B., Heredy L. A. Hydrogen incorporation during coal liquefaction// Fuel. 1984. V.63. №4. P.440- 448.
24. Ohe S., Ito H., Makabe M., Ouchi K. Reaction mechanism of coal liquefaction. 1. Two-ring solvent system// Fuel. 1985. V.64. №7. P.902-905.
25. Ouchi K., Makabe M. Hydrogen transfer in the hydrogenation of model compounds// Fuel. 1988. V.67. №11. P.1536-1541.
26. Wei X. Y., Ogata E., Zong Z. M., Zhou S., Qin Z., Liu J., Shen K., Li H. Advances in the study of hydrogen transfer to model compounds for coal liquefaction// Fuel Process. Technol. 2000. V.62. P.103-107.
Hydrogenation of Brown Coal n the Presence of Highly Dispersed Iron-containing Catalysts
Victor I. Sharypov", Natalia G. Beregovtsova", Sergei V. Baryshnikova, Anatoly M. Zhyzhaeva and Boris N. Kuznetsov^
" Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, 42 K. Marx st., Krasnoyarsk, 660049 Russia b Siberian Federal University, 79 Svobodny pr., Krasnoyarsk, 660041 Russia
The influence of highly dispersed iron-containing catalysts on the hydrogenation process parameters of Kansk-Achinsk brown coal from Borodino Pit was investigated. The catalysts were prepared by mechanochemical activation of haematite with subsequent ultrasound dispersion in coal or tetralin and coal impregnation with colloidal solution which obtained by hydrolysis of FeCl3 The highest degree of coal conversion to liquid and gaseous products 85,3 wt. % and the yield of hexane soluble products 56,1 wt.% were obtained in the presence of activated hematite which dispersed in tetralin by use of ultrasound.
In the process of coal hydrogenation in tetralin the iron-containing catalysts accelerated as reactions of direct hydrogenation of coal organic mass (COM) and products of its decomposition by molecular hydrogen, well hydrogenation (reduction of hydrogen-donor properties) of dehydrogenated hydrogen-donor solvent. In the presence of hematite catalysts the coal consumption 2,0-2,3 % (from COM) of hydrogen from tetralin, and 2,3-2,5 wt.% (from COM) of molecular hydrogen were observed.
Keywords: brown coal, hydrogenation, iron catalyst, liquid products.
