Научная статья на тему 'ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ'

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
51
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ / OIL SHALE / СЛАНЦЕЗОЛЬНЫЙ ОСТА- ТОК / МИНЕРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ / MINERAL PART / ФЛЮСУЮЩАЯ ДОБАВКА / FLUXING AD- DITIVE / СОРБЦИЯ / SORPTION / ОРГАНИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ / ORGANIC POLLUTANTS / НЕФТЬ / OIL / НЕФТЕПРОДУКТЫ / OIL PRODUCTS / ASH-OIL WASTE

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Назаренко Максим Юрьевич, Кондрашева Наталья Константиновна, Салтыкова Светлана Николаевна

Проведена оценка возможности использования минеральной части горючих сланцев и сланцезольных отходов для повы- шения эффективности применения горючих сланцев. Экспе- риментально изучено влияние минеральной составляющей горючих сланцев на процесс получения металлов, а также изучены сорбционные свойства горючих сланцев и сланцезо- льных отходов для очистки воды от органических загрязни- телей (нефти и нефтепродуктов). Основное преимущество использования сланцезольных отходов в качестве сорбцион- ного материала в том, что это отход термической пере- работки горючих сланцев, не требующий дополнительных затрат для своего производства. Горючий сланец и сланце- зольный остаток, насыщенный нефтью или нефтепродук- том после процесса сорбции, целесообразно утилизировать в качестве топлива, поскольку горючий сланец с адсорбиро- ванным продуктом будет обладать более высокой теплот- ворной способностью.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Назаренко Максим Юрьевич, Кондрашева Наталья Константиновна, Салтыкова Светлана Николаевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IMPROVING THE EFFICIENCY OF OIL SHALE

The possibility to use the mineral part of oil shale and shale-ash waste to improve the efficiency of oil shale has been assessed. The influence of the mineral part of oil shale on the production of metals has been studied experimentally. Sorption properties of oil shale and shale-ash waste for purification of water from organic pollutants (oil and petroleum products) have also been investigated. The main advantage offered by the use of shale-ash waste as a sorption material is that it is a waste of thermal processing of oil shale and does not require additional costs for production. The oil shale and the shale-ash residue saturated with oil or oil product after the sorption process should be disposed of as a fuel because the oil shale with an adsorbed product has a higher calorific value.

Текст научной работы на тему «ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ»

УДК 662.8.05

Maxim Yu. Nazarenko, Natalia K. Kondrasheva, Svetlana N. Saltykova

IMPROVING THE EFFICIENCY OF OIL SHALE

St.Petersburg Mining University, 21 lin., 2, V.I., St. Petersburg, 199106, Russia e-mail: max.nazarenko@mail.ru

The possibility to use the mineral part of oil shale and shale-ash waste to improve the efficiency of oil shale has been assessed. The influence of the mineral part of oil shale on the production of metals has been studied experimentally. Sorption properties of oil shale and shale-ash waste for purification of water from organic pollutants (oil and petroleum products) have also been investigated. The main advantage offered by the use of shale-ash waste as a sorption material is that it is a waste of thermal processing of oil shale and does not require additional costs for production. The oil shale and the shale-ash residue saturated with oil or oil product after the sorption process should be disposed of as a fuel because the oil shale with an adsorbed product has a higher calorific value.

Key words: oil shale, ash-oil waste, mineral part, fluxing additive, sorption, organic pollutants, oil, oil products

Введение

В настоящий момент происходит постоянный рост энергопотребления, уменьшение известных запасов легкодоступной нефти в результате чего, большинство стран стремится диверсифицировать структуру своей энергетики, развивать неуглеводородные источники энергии и использовать местные, в том числе, низкосортные виды топлива. Возможность эффективного использования низкосортных углеводородов не только увеличивает общие ресурсы энергоносителей, но и кардинально меняет геополитическую ситуацию в мире [13]. Все это повышает интерес к такому источнику углеводородов как горючие сланцы.

Горючие сланцы являются одним из перспективных видов органического сырья, которые могут в значительной степени компенсировать, а в будущем и заменить нефтепродукты и газ. Мировые запасы горючих сланцев в эквиваленте сланцевой смолы и газа существенно больше запасов нефти и природного газа. Россия имеет большие по объему месторождения горючих сланцев, такие как Прибалтийский (10246,7 млн.т.), Тимано-Печорский (4888 млн.т.), Вычегодский (58105,8 млн.т.), Волжский (25822,4 млн.т.), Оленекский (380000 млн.т.) и др. бассейны [4-5].

В последнее десятилетие интерес к переработке горючих сланцев резко возрос. Многие страны, такие

М.Ю. Назаренко1, Н.К. Кондрашева2, С.Н. Салтыкова3

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

Санкт-Петербургский горный университет, 21 линия В.О. д. 2, Санкт-Петербург, 199106, Россия е-таИ: max.nazarenko@mail.ru

Проведена оценка возможности использования минеральной части горючих сланцев и сланцезольных отходов для повышения эффективности применения горючих сланцев. Экспериментально изучено влияние минеральной составляющей горючих сланцев на процесс получения металлов, а также изучены сорбционные свойства горючих сланцев и сланцезо-льных отходов для очистки воды от органических загрязнителей (нефти и нефтепродуктов). Основное преимущество использования сланцезольных отходов в качестве сорбцион-ного материала в том, что это отход термической переработки горючих сланцев, не требующий дополнительных затрат для своего производства. Горючий сланец и сланце-зольный остаток, насыщенный нефтью или нефтепродуктом после процесса сорбции, целесообразно утилизировать в качестве топлива, поскольку горючий сланец с адсорбированным продуктом будет обладать более высокой теплотворной способностью.

Ключевые слова: горючие сланцы, сланцезольный остаток, минеральная часть, флюсующая добавка, сорбция, органические загрязнители, нефть, нефтепродукты

как, США, Эстония, Китай, Бразилия, Казахстан и др., используют горючие сланцы в энергетической и химической промышленности. Образование большого количества смолы при полукоксовании (20-70 % в расчете на органическую часть) - главная особенность горючих сланцев, отличающая их от углей. При переработке горючих сланцев основными проблемами являются образование сланцевой мелочи, ухудшающей переработку сланцев термическими способами, и образование большого количества (до 50 % по массе) сланцезольных отходов [6-16].

Целью данной работы была оценка возможности использования минеральной части горючих сланцев и сланцезольных отходов для повышения эффективности их применения. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

изучен химический состав горючих сланцев и сланцезольных отходов и их физико-химические свойства (влажность, зольность, пористость и т.д.);

изучена возможность использования минеральной части горючих сланцев в качестве флюсующей добавки для получения металлов;

проведена оценка сорбционных свойств горючих сланцев и сланцезольного остатка по отношению к органическим загрязнителям (нефти и нефтепродуктам).

1 Назаренко Максим Юрьевич, аспирант кафедры химических технологий и переработки энергоносителей e-mail: max.nazzarenko@mail.ru Maxim Yu. Nazarenko, post-graduate student of Departmentof Chemical Engineering and Energy Carriers Processing

2 Кондрашева Наталья Константиновна, д-р. техн. наук., профессор, зав. каф. химических технологий и переработки энергоносителей, e mail: natalia kondrasheva@mail.ru

Natalia K. Kondrasheva, Dr Sci. (Eng.), Professor, Head of Departmentof Chemical Engineering and Energy Carriers Processing

3 Салтыкова Светлана Николаевна, канд. техн. наук, доцент каф. химических технологий и переработки энергоносителей, e-mail: ssn_58@mail.ru Svetlana N. Saltykova, Ph.D. (Eng.), associate professor of Departmentof Chemical Engineering and Energy Carriers Processing

Дата поступления - 7 декабря 2016 года

Методика исследования

Объектом исследования были горючие сланцы Прибалтийского бассейна Ленинградского месторождения и сланцезольные отходы процесса газификации горючих сланцев. Процесс газификации горючих сланцев оказывает наименьшее влияние на окружающую среду и является наиболее перспективным способом переработки низкосортного углеводородного сырья. При изучении использования горючих сланцев в качестве углерод-содержащего восстановителя для сравнения были взяты бурый и каменный угли, а для сравнения сорбционных свойств - песок и цеолит.

Классификация сланцевой мелочи проводилась с помощью гранулометрического анализатора AS Control 200 с набором сит от 4 мм до менее 125 мкм. Масса пробы 1 кг, амплитуда 2 мм/г, время классификации 15 мин.

Для определения химического состава использовались пробы материала, представляющие собой тонкоизмельченные равномерно зернистые порошки. Пробы массой 3 г анализировались на энергодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре Epsilon3 PANalitical с использованием программы Omnian.

Изучение физико-химических свойств сланцезо-льных отходов и горючих сланцев и их сорбционных характеристик проводилось по следующим методикам:

Пористость горючих сланцев определяли по результатам анализа действительной и кажущейся плотности. Действительную плотность определяли взвешиванием пробы сланца в воздухе и пикнометрической жидкости, а кажущуюся плотность по объему воды, вытесненной исследуемым образцом. Термостатирование проб проводилось в термостатирующем шкафу Shaking Incubator 3032 - 3033.

Определение общей влаги осуществляли по ГОСТ 11014-2001 «Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Ускоренные методы определения влаги». Навеску массой 2г, отобранную из сланцев крупностью 2мм-125мкм, сушили в сушильном шкафу BINDER при температуре (105±5) °С, массовую долю влаги вычисляли по потере массы.

Зольность горючих сланцев определяли по ГОСТ 11022-95 «Топливо твердое минеральное. Определение зольности». Пробу сланца массой 2г сжигали в муфельной печи SN0L-8.2/1100 при температуре (815±10) °С и выдерживали при заданной температуре до постоянной массы. Зольность рассчитывали по массе остатка после прокаливания.

Выход летучих веществ определялся путем нагрева навески массой 1г в фарфоровом тигле с притертой крышкой в муфельной печи SN0L-8.2/1100 при температуре 850 °С в течение 7 мин.

Прирост сухого остатка (величина сухого остатка характеризует общее содержание растворенных в воде нелетучих минеральных и частично органических соединений), истираемость и измельчаемость определяли по ГОСТ Р 51641-2000 «Материалы фильтрующие зернистые» и ГОСТ 18164-72 «Метод определение содержания сухого остатка».

Восстановительные плавки проводились в трубчатой печи ПТ-1,2-40 при температуре 1100 °С (для снижения температуры плавления в шихту добавляли техническую соду). Масса оксида или сульфида металла в шихте - 2 г, время процесса 60 мин. Восстановительные свойства горючих сланцев изучались на оксидных и сульфидных соединениях меди, кобальта и никеля промышленного значения: куприте (CU2O), халькозине (CU2S), джайпурите (CoS), хизлевудите (Ni3S2), а также на никелевом купоросе (NiSO4).

Определение сорбционной емкости проводилось с материалом различной фракции (от менее 0,125 мм до 4 мм) при температуре 25 °С, масса пробы 3 г. Для определения сорбционной емкости использовались: сырая нефть легкая плотностью 0,867 г/см3, вязкостью 11 мм2/с;

тяжелая высоковязкая нефть плотностью 0,940 г/см3, вязкостью 570 мм2/с; дизельное топливо плотностью 0,854 г/ см3, вязкостью 3,21 мм2/с; тяжелый газойль каталитического крекинга плотностью 1,061 г/см3 и вязкостью 44,66 мм2/с. Навеска материала помещалась в емкость с нефтью или нефтепродуктом на время 5, 10, 15 и 20 мин соответственно, после чего проба материала взвешивалась. Сравнением исходной массы материала до и конечной после опыта определяли сорбционную емкость материала.

Результаты исследований

Результаты определения химического состава горючих сланцев представлены в таблице 1 и 2.

Таблица 1. Элементный состав органической части горючих сланцев Ленинградского месторождения

Элемент С Н О N S

Содержание, % 77,0 9,0 11,3 0,2 1,5

Таблица 2. Химический состав минеральной части горючих сланцев

№ Компонент Содержание, % мас. № Компонент Содержание, % мас.

1 AI2O3 7,69 7 MnO 0,11

2 SiO2 33,22 8 Fe2O3 4,26

3 P2O5 0,47 9 ВГ2 0,19

4 SO3 4,5 10 CaO 39,95

5 K2O 7,18 11 TiO2 1,32

6 MgO 0,98

По проведенным исследованиям химического состава горючих сланцев установлено, что в органической части горючих сланцев (таблица 1) преобладает углерод (77 %), содержащийся в органической части, водород (9,0 %) и сера (1,5 %), а в минеральной части горючих сланцев преобладают такие оксиды как SiO2 (33,22 % мас.), А12О3 (7,69 % мас.) и СаО (39,95 % мас.). Анализ химического состава сланцезольного остатка показал, следующее содержание SiO2 (40,3 % мас.), А12О3 (9,2 % мас.), СаО (41,2 % мас.).

Свойства горючих сланцев и сравниваемых горючих ископаемых представлены в таблице 3.

Таблица 3. Физические свойства горючих ископаемых

Свойство Каменный уголь Бурый уголь Горючий сланец Ленинградского месторождения

Влажность, % 9,26 15,7 11,6

Зольность, % 6,0 18,0 50,5

Выход летучих веществ, % 29,0 45,0 41,43

Кажущаяся плотность, кг/м3 1223,0 1240,0 1243,0

Действительная плотность, кг/м3 1350,0 1452,0 1643,0

Пористость, % 10 14,0 24,0

По результатам, представленным в таблице 3 видно, что горючие сланцы отличаются от углей высокой зольностью (до 50 %).

Проанализировав данные, представленные выше, были сделаны выводы о возможности использования минеральной части горючих сланцев в качестве флюсующей добавки в процессах восстановления и использования горючих сланцев и сланцезольных отходов в качестве сорбционного материала для очистки воды от органических загрязнителей (нефти и нефтепродуктов).

Были проведены эксперименты по изучению использования горючих сланцев в качестве углеродсодер-

жащего восстановителя, где органическая часть горючих сланцев выступает как восстановитель, а минеральная -как флюсующая добавка.

Для этого было рассчитано необходимое количество углерода для восстановления металла по реакциям (1-7, таблица 4) из 2г оксида или сульфида. Количество углерода было пересчитано на соответствующую массу горючих сланцев, бурых или каменных углей, учитывая содержание углерода в этих восстановителях. Содержание углерода в органической части горючих сланцев, бурых и каменных углях были приняты 77 %, 60 % и 80 % соответственно, а зольность 50,5 %, 18 % и 6 %.

Таблица 4. Необходимое количество твердого восстановителя на 2г оксидного или сульфидного соединения меди, кобальта или никеля

На рисунке представлены данные по извлечению металлов при восстановительных плавках из соответствующих оксидов и сульфидов меди, кобальта и никеля по реакциям (1-7, таблица 4).

№ Реакция Количество углеродсодержащего восстановителя, г

Горючие сланцы Бурый уголь Каменный уголь

1 2Си2О + С —> 4Си + СО2 0,2 0,15 0,1

2 2С^Б + С — 4Си+СБ2 0,18 0,14 0,1

з зСи2О+ С^Б + С — 8Си+БО2+ СО 0,2 0,15 0,1

4 2СоБ + С — 2Со + СБ2 0,зз 0,25 0,17

5 Си2Б + СоБ + С — 2Си + Со + СБ2 0,25 0,19 0,1з

6 2Си2О + М3Б2 + 2С — 4 Си + зЫ1 + СБ2 + СО2 0,22 0,18 0,11

7 №БО4 +С — № + БОз + СО 0,4 0,з 0,2

Приход Расход

Компонент Масса, г Компонент Масса, г

СоБ 2,0 Королек кобальта 1,008

Горючие сланцы 0,66 Остаток лодочки + шлак 20,з265

^СОз 0,8з Потери 2,247

Лодочка 20,06

Итого 2з,55

Установлено, что горючих сланцев в качестве восстановителя необходимо практически в 2 раза больше, чем каменного угля, однако данная разница компенсируется разницей в стоимости коксующихся углей и горючих сланцев, а также большим содержанием флюсующих добавок в минеральной части горючих сланцев. Для понижения температуры плавления в шихту добавлялась техническая сода в соотношении 1 : 1 к содержащимся в шихте оксидам кальция и кремния, позволяющая связать оксид кремния в соединение Na2O•2SiO2 с температурой плавления 800 °С.

В таблице 5 представлен пример материального баланса восстановительной плавки сульфида кобальта с использованием горючих сланцев. Восстановительные плавки проводились в трубчатой печи ПТ-1,2-40 при температуре 1100 °С. Масса сульфида кобальта в шихте - 2 г. Учитывая небольшое содержание необходимого восстановителя и технической соды (по расчетам), а также естественные потери при проведении эксперимента, масса углеродсодержащего восстановителя и технической соды была увеличена в 2 раза. Полученная шихта перемешивалась и помещалась в печь, выдерживалась при температуре опыта в течение 60 мин.

Таблица 5. Материальный баланс восстановления кобальта из CоS горючими сланцами

Рис. 1 Полученные степени извлечения металлов

Из рисунка видно, что степень извлечения металлов из сульфидных и оксидных материалов и их смесей при использовании горючих сланцев приближаются к значениям степеней извлечения при использовании каменных углей. Это можно объяснить тем, что в минеральной части горючих сланцев, содержащих большое количество оксидов кремния, кальция и алюминия, возможно образование следующих соединений: СоО-А^Оз, МО^АЬОз, 2СоО^Ю2, 2^О^Ю2 и др. Установлено, что химическую активность этих соединений в сравнении с чистыми оксидами и сульфидами кобальта и никеля можно расположить в порядке ее убывания в виде следующей последовательности:

МО^Оз — МО^Оз — NiSO4 — 2^О^Ю2 — МО; СоО-АШз — СоО^Оз — СоБО4 — 2СоО^О — СоО.

Исходя из вышесказанного, использование горючих сланцев в качестве углеродсодержащего восстановителя имеет следующие преимущества:

- за счет оксидов минеральной части горючих сланцев понижается температура процесса и как следствие снижаются расходы на электроэнергию;

- в минеральной части горючих сланцев уже содержатся флюсы, за счет чего достигается экономия средств, идущих на приобретение флюсующих добавок (БЮ2 - 100 руб/кг, А№з - 120 руб/кг, CaO - з0 руб/кг).

Далее изучались сорбционные свойства горючих сланцев и сланцезольного остатка для очистки воды от органических загрязнителей. В таблице 6 представлены данные физических свойств сланца и сланцезольного остатка, используемых в качестве сорбента или материала для фильтрации.

Таблица 6. Некоторые физические свойства горючих сланцев и сланцезольного остатка

Свойство Горючие сланцы Сланцезольный остаток

Пористость 24 з8

Прирост сухого остатка, мг/дмз 4 10

Измельчаемость 0,з-0,5 0,7-0,8

Истираемость 0,1 0,4-0,5

По полученным данным прироста сухого остатка, измельчаемости и истираемости можно сделать вывод, что горючие сланцы и сланцезольный остаток удовлетворяют требованиям ГОСТ Р 51641-2000 «Материалы фильтрующие зернистые». По данному ГОСТу прирост сухого

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

остатка не должен превышать 20 мг/дм3 (горючие сланцы - 4 мг/дм3, сланцезольный остаток - 10 мг/дм3), значение измельчаемости не должно превышать 4 % (горючие сланцы - 0,3-0,5 %, сланцезольный остаток - 0,7-0,8 %), а значение истираемости - 0,5 % (горючие сланцы - 0,1 %, сланцезольный остаток - 0,4-0,5 %).

Зависимость сорбционной емкости горючих сланцев от размера зерна, плотности и вязкости загрязнителя представлены в таблицах 7-11.

Таблица 7. Сорбционная емкость горючих сланцев для сырой легкой нефти

Фракция, мм Сорбционная емкость, мл/см3

5 мин 10 мин 15 мин 20 мин

<0,125 0,67 0,72 0,73 0,74

0,125-0,5 0,62 0,68 0,69 0,70

0,5-1 0,53 0,67 0,68 0,69

1-2 0,67 0,72 0,77 0,74

2-4 0,42 0,46 0,47 0,48

Таблица 8. Сорбционная емкость горючих сланцев для тяжелой высоковязкой нефти

Фракция, мм Сорбционная емкость, мл/см3

5 мин 10 мин 15 мин 20 мин

<0,125 0,87 0,89 0,92 0,94

0,125-0,5 0,84 0,86 0,89 0,90

0,5-1 0,84 0,86 0,90 0,90

1-2 0,86 0,89 0,93 0,94

2-4 0,80 0,83 0,85 0,86

Таблица 9. Сорбционная емкость горючих сланцев для дизельного топлива

Фракция, мм Сорбционная емкость, мл/см3

5 мин 10 мин 15 мин 20 мин

<0,125 0,53 0,59 0,60 0,62

0,125-0,5 0,53 0,58 0,60 0,61

0,5-1 0,53 0,58 0,59 0,60

1-2 0,53 0,67 0,68 0,69

2-4 0,40 0,45 0,46 0,47

Таблица 10. Сорбционная емкость горючих сланцев для легкого газойля КК

Фракция, мм Сорбционная емкость, мл/см3

5 мин 10 мин 15 мин 20 мин

<0,125 0,64 0,70 0,72 0,73

0,125-0,5 0,52 0,57 0,59 0,60

0,5-1 0,48 0,52 0,53 0,53

1-2 0,64 0,71 0,73 0,74

2-4 0,40 0,44 0,46 0,47

Таблица 11. Сорбционная емкость горючих сланцев для тяжелого газойля КК

Фракция, мм Сорбционная емкость, мл/см3

5 мин 10 мин 15 мин 20 мин

<0,125 0,87 0,90 0,91 0,93

0,125-0,5 0,82 0,85 0,88 0,90

0,5-1 0,82 0,83 0,83 0,84

1-2 0,87 0,91 0,92 0,93

2-4 0,80 0,83 0,85 0,85

Из данных таблиц 7-11 следует, что наилучшей сорбционной емкостью обладает фракция горючих сланцев 1-2 мм. Поэтому для проведения сравнительной оценки свойств горючих сланцев и сланцезольных отходов бралась фракция 1-2 мм (таблица 12).

Таблица 12. Сорбционная емкость сланцезольного остатка (фракция 1-2 мм)

Сорбционная емкость, мл/см3

5 мин 10 мин 15 мин 20 мин

Сырая нефть легкая 1,07 1,20 1,22 1,23

Тяжелая высоковязкая нефть 1,89 1,92 2,00 2,01

Дизельное топливо 1,06 1,12 1,15 1,16

Легкий газойль КК 1,52 1,59 1,61 1,61

Тяжелый газойль КК 1,76 1,94 1,96 1,99

Сорбционная емкость сланцезольного остатка фракцией 1-2 мм превосходит сорбционную емкость горючих сланцев для сырой легкой нефти в 1,5-1,6 раза, дизельного топлива в 1,6-2 раза, для тяжелой высоковязкой нефти - в 2,0-2,1 раза, тяжелого газойля каталитического крекинга - 1,8-2,1 раза и для легкого газойля каталитического крекинга в 2,1-2,3 раза.

Полученные результаты сравнили с характеристиками по сорбционной емкости на примере органических загрязнителей для природных материалов, таких как песок и цеолит. Результаты представлены в таблице 13. Значения сорбционной емкости представлены интервалом - минимальное и максимальное значение при использовании фракций: 1-2 мм.

Таблица 13. Сорбционные емкости различных материалов, мл/см3

Материал Природный сорбент

Песок Цеолит Горючие сланцы Сланцезольный остаток

Сырая легкая нефть 0,39-0,48 0,52-0,79 0,67-0,74 1,07-1,23

Тяжелая высоковязкая нефть 0,78-0,85 0,86-0,94 0,86-0,94 1,89-2,01

Дизельное топливо 0,37-0,42 0,47-0,51 0,53-0,69 1,06-1,16

Легкий газойль КК 0,32-0,40 0,64-0,82 0,64-0,74 1,52-1.61

Тяжелый газойль КК 0,70-0,78 0,85-0,99 0,87-0,93 1,76-1,99

По своим сорбционным свойствам горючие сланцы располагаются в одном ряду с природными сорбентами. При этом сланцезольный остаток показывает более высокие значения сорбционной емкости, которые можно объяснить увеличением их пористости в 1,5 раза (пористость горючих сланцев 24 %, сланцезольного остатка - 38%).

Заключение

Дана оценка использования горючих сланцев и отхода его переработки - сланцезольного остатка в различных процессах.

1. Использование горючих сланцев в качестве углеродсодержащего восстановителя имеет следующие преимущества:

- за счет оксидов минеральной части горючих сланцев понижается температура процесса и как следствие снижаются расходы на электроэнергию.

- в минеральной части горючих сланцев уже содержатся флюсы, за счет чего достигается экономия

средств идущих, на приобретение флюсующих добавок.

2. Горючие сланцы и сланцезольный остаток могут быть использованы для очистки воды от органических загрязнителей (нефти и нефтепродуктов).

Значения сорбционной емкости сланцезольного остатка (0,47-0,99 мл/см3) выше, чем у горючих сланцев, (0,42-0,94 мл/см3), песка (0,39-0,85 мл/см3) и на уровне цеолита (0,52-0,99) за счет более высокой пористости.

Основное преимущество сланцезольных отходов в качестве сорбционного материала в том, что это отход термической переработки горючих сланцев, не требующий дополнительных затрат для своего производства.

Горючий сланец и сланцезольный остаток, насыщенный нефтью или нефтепродуктом после процесса сорбции, целесообразно утилизировать в качестве топлива, поскольку горючий сланец с адсорбированным продуктом будет обладать более высокой теплотворной способностью.

Литература

1. Стрижакова Ю.А, Усова Т.В., Третьяков В.Ф. Горючие сланцы - потенциальный источник сырья для топливно-энергетической и химической промышленности // Вестник МИТХТ. Химия и технология органических веществ. 2006. № 4. С. 76-85.

2. Юдович Я.Э. Горючие сланцы Республики Коми. Проблемы освоения. Сыктывкар: Геопринт, 2013. 90 с.

3. Грушевенко E. Сланцевая нефть в США: к чему приведет снижение цен // Forbes. URL: http://www.forbes. ru/mneniya-column/konkurentsiya/278477-slantsevaya-neft-v-ssha-k-chemu-privedet-snizhenie-tsen (дата обращения: 06.10.2016);

4. Смирнова Т.С., Вахидова Л.М., Мирабидинов Ш.Н. У. Минерально-сырьевые ресурсы России и мировой опыт природопользования // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2013. № 7. С. 7-17;

5. Рудина М.Г., Серебрянникова Н.Д. Справочник сланцепереработчика. Л.: Химия, 1988. 256 с;

6. Raado L-M., Rein K., Hain T. Oil shale ash based stone formation - hydration, hardening dynamics and phase transformations // Oil shale. 2014. V. 31. № 1. P. 91-101.

7. Андреева Л.Н., Борбат В.Ф. Зола ТЭЦ - перспективное сырье для промышленности // Вестник Омского университета. 2009. № 2. С. 141-151;

8. Leimbi-Merike R., Tiina N., Eneli, K. Rein L. Composition and properties of oil shale ash concrete // Oil shale. 2014. V. 31. № 2. Р. 147-160.

9. Liu H. Pyrolysis of oil shale mixed with low-density polyethylene // Oil shale. 2011. V. 28. № 1. P. 42-48;

10. Swift T., Mayer S. Study of thermal conversion of oil shale under N2 and CO2 atmospheres // Oil shale. 2010. V. 27. № 4. P. 309-320;

11. Bityukova L., Motler R. Composition of oil shale ashes from pulverized firing and circulating fluidized-bed boiler in Narva thermal power plants // Oil shale. 2010. V. 27. № 4. P. 339-353;

12. Ватин Н.И., Петросов Д.В., Калачев А.И. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве // Инженерный журнал. 2011. № 4. C. 16-21;

13. Xie F.F., WangZ., Lin W.G., Song W.L. Study on thermal conversion of Huadian oil shale under N2 and CO2 atmospheres // Oil shale. 2010. V. 27. № 4. P. 309-320

14. Назаренко М.Ю. Бажин В.Ю., Салтыкова С.Н., Шариков Ф.Ю. Изменение химического состава и свойств горючих сланцев во время термической обработки // Кокс и химия. 2014. №10. С. 46-49;

15. Назаренко М.Ю., Кондрашева Н.К., Салтыкова С.Н. Реакционная способность поверхности горючих сланцев Прибалтийского бассейна // Кокс и Химия. 2016. № 5. C. 33-37.

16. Назаренко М.Ю., Кондрашева Н.К., Салтыкова С.Н. Эффективность применения горючих сланцев и сланцезольных отходов для очистки воды от органических загрязнителей. // Известия ТПУ. Инжиниринг георесурсов. 2016. Т. 327. № 9. С. 95-103.

Reference

1 Strijakova Yu.A., Usova T.V., Tretyakov V.F. Goryuchie slanci - potencialnii istochnik sirya dlya topliv-no-energeticheskoi i himicheskoi promishlennosti // Vest-nik MITHT. Himiya i tehnologiya organicheskih veschestv. 2006. № 4. S. 76-85.

2. Yudovich Ya.E. Goryuchie slanci Respubliki Komi. Problemi osvoeniya. Siktivkar: Geoprint, 2013. 90 s.

3. Grushevenko E. Slancevaya neft v SShA k chemu privedet snijenie cen // Forbes. URL: http://www. forbes.ru/mneniya-column/konkurentsiya/278477-slantse-vaya-neft-v-ssha-k-chemu-privedet-snizhenie-tsen (data obrascheniya 06.10.2016).

4. Smirnova T.S., Vahidova L.M., Mirabidinov Sh.N.U. Mineralno-sirevie resursi Rossii i mirovoi opit pri-rodopolzovaniya // Vestnik PNIPU. Geologiya. Neftegazo-voe i gornoe delo. 2013. № 7. S. 7-17;

5. Rudina M.G., Serebryannikova N.D. Spravo-chnik slancepererabotchika. L. Himiya, 1988. 256 s.

6. Raado L-M., Rein K., Hain T. Oil shale ash based stone formation - hydration, hardening dynamics and phase transformations // Oil shale. 2014. V. 31. № 1. P. 91-101.

7. Andreeva L.N., Borbat V.F. Zola TEC - perspek-tivnoe sire dlya promishlennosti // Vestnik Omskogo univer-siteta. 2009. № 2. S. 141-151.

8. Leimbi-Merike R., Tiina N., Eneli, K. Rein L. Composition and properties of oil shale ash concrete // Oil shale. 2014. V. 31. № 2. Р. 147-160.

9. Liu H. Pyrolysis of oil shale mixed with low-density polyethylene // Oil shale. 2011. V. 28. № 1. P. 42-48.

10. Swift T., Mayer S. Study of thermal conversion of oil shale under N2 and CO2 atmospheres // Oil shale. 2010. V. 27. № 4. P. 309-320.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

11. Bityukova L., Motler R. Composition of oil shale ashes from pulverized firing and circulating fluidized-bed boiler in Narva thermal power plants // Oil shale. 2010. V. 27. № 4. P. 339-353.

12. Vatin N.I., Petrosov D.V., Kalachev A.I. Prime-nenie zol i zoloshlakovih othodov v stroitelstve // Injenernii jurnal. 2011. № 4. C. 16-21;

13. Xie F.F., Wang Z., Lin W.G., Song W.L. Study on thermal conversion of Huadian oil shale under N2 and CO2 atmospheres // Oil shale. 2010. V. 27. № 4. P. 309-320

14. Nazarenko M.Yu., Bajin V.Yu., Saltikova S.N. Sharikov F.Yu. Izmenenie himicheskogo sostava i svoistv goryuchih slancev vo vremya termicheskoi obrabotki // Koks i himiya. 2014. № 10. S. 46-49.

15. Nazarenko M.Yu., Kondrasheva N.K., Saltikova S.N. Reakcionnaya sposobnost poverhnosti goryuchih slancev Pribaltiiskogo basseina // Koks i Himiya. 2016. № 5. S. 33-37.

16. Nazarenko M.Yu., Kondrasheva N.K., Saltikova S.N. Effektivnost primeneniya goryuchih slancev i slancezolnih othodov dlya ochistki vodi ot organicheskih zagryaznitelei. // Izvestiya TPU. Injiniring georesursov. 2016. T.327. № 9. S. 95-103.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.