Основи технології оксидаційного очищення рідких та твердих палив

Abstract

Дисертацію присвячено розробленню наукових і технологічних засад процесів оксидаційного очищення гасових і дизельних нафтових фракцій та вугілля від сполук сірки. Вивчено основні закономірності процесу очищення середньодистилятних нафтових фракцій внаслідок їх оброблення повітрям за наявності води та подальшого вилучення продуктів окиснення фільтруванням і ректифікацією та/або адсорбцією. Окрім зменшення вмісту загальної сірки, вдається покращити мастильні властивості палив та зменшити їх здатність до утворення відкладів. Досліджено вплив основних чинників на процес оксидаційного знесірчення вугілля паро-повітряною сумішшю в реакторі з киплячим шаром. Встановлено хімізм перетворення піритної сірки кам’яного та бурого вугілля. Застосування процесу в енергетичній галузі дасть змогу зменшити забруднення довкілля оксидом сірки на 53-77%. Запропоновано принципові технологічні схеми процесів оксидаційного очищення рідких та твердих палив і доведено доцільність їх практичного використання у промисловості. Диссертация посвящена разработке научных и технологических основ процессов окислительной очистки керосиновых, дизельных нефтяных фракций и угля от соединений серы. Окисление среднедистиллятных нефтяных фракций проводили кислородом воздуха при повышенных температурах и давлениях в реакторе барботажного типа в присутствии воды. Применение ИК-спектроскопии показало, что более 95% всех сернистых веществ исходного сырья в условиях исследований окисляется до соединений, содержащих сульфоновые и сульфоксидные группы, которые можно выделить из оксидата известными методами (адсорбция, ректификация или их комбинация). Обессеривание с добавлением воды в условиях, когда сырьевая смесь находится в жидком состоянии, позволяет увеличить селективность процесса и уменьшить интенсивность окисления углеводородов. Без механического перемешивания реакционной среды при температурах 180-195 0С, давлениях 3,0 МПа, продолжительностях 9-28 мин., объемных скоростях подачи воздуха 1,65-3,0 мин-1, линейных скоростях движения оксиданта более 0,0026 м/с и объемных соотношения вода : сырье 0,06-0,40 удается уменьшать количество серы в керосиновых и дизельных топливах на 71-93 %. Кроме того осуществления процесса позволяет улучшить смазочные свойства топлив и уменьшить их склонность к образованию отложений. Исследовано влияние основных факторов на процесс оксидационного обессеривания угля, который происходит вследствие обработки сырья паро-воздушной смесью в реакторе с кипящим слоем в условиях, близких к изотермическим. Благодаря этому, при температурах 420-445 ° С, времени обработки 10-21,5 мин., расходах паро-воздушной смеси 0,6-7,1 м3 на один кг угля, содержаниях водяного пара в окислительной смеси 4,5-70 % об., происходит превращение в газообразные вещества 85-91% пиритной серы, что позволяет, в случае дальнейшего сжигания угля, уменьшить выбросы диоксида серы на 53-77 %. При обессеривании каменных углей почти вся изъятая сера превращается в ее диоксид. Реакции пирита бурого угля, которые приводят к образованию H2S, происходят, в основном, в результате взаимодействия FeS2 с органической массой и продуктами ее термического разложения или газификации, что обусловлено высокой реакционной способностью органической части этого типа угля. Газы обессеривания каменных углей, содержащие 2,6-7,0 % об. SО2, можно использовать для получения сжиженного диоксида серы; газы обессеривания бурых углей, в которых концентрация сероводорода составляет 8,0-12,5 % об., – как сырье для производства серы. Разработано адекватные экспериментально-статистические модели описания процессов оксидационной очистки жидких и твердых топлив, на основании которых найдено оптимальные условия обессеривания этих видов сырья. Предложено эффективные и рациональные методы использования побочных продуктов разрабатываемых процессов очистки жидких и твердых топлив. Предложено принципиальные технологические схемы установок окислительной очистки жидких и твердых топлив, рассчитаны материальные и тепловые балансы и доказана целесообразность реализации этих технологий в промышленности. Эффективность разработанных процессов подтверждено актами испытаний в лабораториях семи заводов и институтов Украины, техническими условиями и временными технологическими регламентами, актами внедрения в учебный процесс в Национальном университете «Львовская политехника» и Сумском государственном университете. The thesis is devoted to the development of scientific and technological bases of oxidative cleaning processes of kerosene and diesel oil fractions and coal from sulphuric compounds. The basic regularities of medium-distillate petroleum fractions purification process via their air processing in the presence of water followed by oxidation products removal using filtration and rectification and / or adsorption has been studied. In addition to the total sulphur content reduction, it is possible to improve the lubricity of fuels and reduce their ability to form deposits. The influence of the main factors of oxidative desulphurization coal process by airsteam mixture in the fluidized-bed reactor was investigated. The conversion chemism of hard and brown coal pyritic sulphur has been found. The process application in the energy sector would reduce sulphur dioxide emissions by 53-77%. The principal flowsheet of oxidative cleaning processes of liquid and solid fuels has been proposed and the vitality of their practical use in industry has been proved.