ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕДЕНИЕ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

Назаренко М.Ю.¹, Кондрашева Н.К.², Салтыкова С.Н.³

¹Аспирант , ² доктор технических наук, профессор, ³ кандидат технических наук, доцент, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕДЕНИЕ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

Аннотация

В данной работе описывается проблема, связанная с  необходимостью  расширения сырьевой базы за счет вовлечения дополнительных источников углеводородов. Целью данной работы является изучение физико-химических свойств горючих сланцев (влажности, зольности, плотностей и пористости) и поведения горючих сланцев при термической обработке в температурном интервале 50̊С 950̊С для комплексного использования как органической, так и минеральной частей сланцев.

Ключевые слова:  горючий сланец, брикеты, переработка, минеральная часть.

Nazarenko M.Ju.¹, Kondrasheva N.K.², Saltikova S.N.³

¹Postgraduate student, ²Doctor of technical science, professor, ³PhD in technical science, docent, National Mineral Resources University (University of Mines)

THE ACTION OF ATMOSPHERE AND TEMPERATURE ON OIL SHALE

Abstract

This research work is devoted to the problem of the use of natural resources. The raw materials base is a needed to finding new hydrocarbon sources. The purpose of this work is to make a physicochemical analysis of the oil-shales (their humidity, ash content, density, porosity) and to research its reaction on heat treatment (from 50°С to 950°). These measures are taken to outline how organic and mineral parts of the oil-shale can be used for the multipurpose utilization.

Keywords: oil shail, briquettes, processing, mineral part.

В настоящее время основным источником сырья для энергетической и химической промышленности являются нефть и природный газ.  Постоянный рост энергопотребления, увеличение мировых цен на энергоресурсы, высокие расходы на транспортировку топлива и углеводородного сырья, увеличение сырьевой  зависимости отдельных регионов и стран требуют необходимости расширения сырьевой базы за счет вовлечения дополнительных источников сырья и совершенствования существующих технологий ресурсопотребления [1]. К таким источникам следует отнести твердые горючие ископаемые, уголь и  горючие сланцы. Уголь и горючий сланец являются наиболее распространенными и надежными энерготехнологическими источниками [2]. Основное использование горючих сланцев – это применение их в качестве теплоносителя, но горючие сланцы при сжигании дают меньше тепла, чем уголь и нефть, поэтому важно максимально использовать как органическую, так и минеральную части сланцев [3].

Целью данной работы является изучение физико-химических свойств горючих сланцев (влажности, зольности, плотностей и пористости) и поведения горючих сланцев при термической обработке в температурном интервале 50°С 950°С для комплексного использования как органической, так и минеральной частей сланцев.

Для реализации поставленной цели в данной работе были решены следующие задачи:

• Исследование физико-химических свойств горючих сланцев (зольность, влажность, действительная и кажущаяся плотности, пористость);
• Анализ минеральной части горючего сланца;
• Изучение поведения горючего сланца в интервале температур 50°С 950°С;
• Изучение влияния термообработки на пористость горючих сланцев.

Методика исследований

Объект исследования – горючий сланец Прибалтийского бассейна Ленинградского месторождения (фракция 0-25мм), предоставленный ОАО «Завод Сланцы» и сланец Эстонского месторождения,  предоставленный заводом Кохтла-Ярве.

Сланец предварительно  рассеивался на фракции 2мм-125мкм и менее 125 мкм на гранулометрическом классификаторе AS Control 200.

Изучение воздействия температуры на физико-химические превращения сланцевых брикетов осуществлялось  в трубчатых печах ПТ-1,2-40 с неконтролируемой атмосферой и  ПТК-1,2-40 с контролируемой (азотной) атмосферой (в интервале температур 50°С 950°С). Для проведения опытов изготавливались образцы массой 3 г., скорость нагрева образцов 28°С/мин, материал лежал не подвижно.

Компонентный состав минеральной части горючего сланца определялся на энергодисперсионном ренгенофлуоресцентном спектрометре Epsilon-3 PANalitical.

Изменение массы горючего сланца при термической обработке  исследовалось в комплексной калориметрической лаборатории SETARAM Instrumentationв интервале температур 25^оС 950^оС при скорости нагрева навески   18 ^оС/мин.

Результаты экспериментальных исследований

В ходе проведенных экспериментальных исследований определены физические свойства горючих сланцев: влажность – 11,6%, зольность – 50,5%, действительная плотность -  1643 кг/м³, кажущаяся плотность -1243 кг/м³, пористость – 24%.

 Результаты экспериментальных  исследований по определению  компонентного состава минеральной части горючих сланцев показали, что почти все элементы минеральной части сланцев содержатся в виде оксидов: SiO₂, Al₂O₃, CaO, Fe₂O₃, MgO. Определено, что в минеральной части сланцев в основном преобладают оксид кальция (СаО – 36,9%) и оксид кремния (SiO₂ -30,2%).

Исследование  влияния температуры на поведение сланцевых брикетов показало, что внешний вид поверхностной зоны зависит от температуры опыта. Из проведенных экспериментальных исследований установлено, что с повышением температуры зона полукоксования уменьшается, происходит перемещение зоны от периферии к центру, что объясняется увеличением градиента температур.

Результаты экспериментальных исследований по определению потери массы изображены на рисунке 1.

Рис.1 - Изменение массы горючего сланца при термической обработке

Из полученного графика видно, что изменение массы сланца происходит в 5 этапов.  I этап – 25°С 370°С; II - 370°С 500°С; III - 500°С 700°С; IV и  V - 700°С 800°С. Максимальное изменение массы – 25% происходит в температурном интервале 370°С 500°С. Это связано с особенностями состава органической и минеральной частей сланца.

Выводы

В работе определены физические свойства исследуемого горючего сланца (влажность – 11,6%, зольность – 50,5%, действительная плотность -  1643 кг/м³, кажущаяся плотность -1243 кг/м³, пористость – 24%), компонентный состав минеральной части сланца. По данным эксперимента определенно, что минеральная часть сланцев в основном состоит из оксидов кальция и кремния.

Изучено:

• изменение массы горючего сланца при термической обработке в температурном интервале 50°- 950°С, происходит в 5 стадий: I этап – 25°С 370°С; II - 370°С 500°С; III - 500°С 700°С; IV и V - 700°С 800°С. Максимальное изменение массы – 25% происходит в температурном интервале 370°С 500°С;

Таким образом, проведенные анализы по определению физических свойств горючих сланцев, поведению их при термической обработке в температурном интервале 50°С 950°С, и состава минеральной части сланцев показывают необходимость в детальном изучении свойств горючих сланцев, как сырья для комплексного использования органической и минеральной частей.

Литература

1. Антонина З. Химические технологии. Учебное пособие для химико-технологических специальностей профессиональных центров. – Йыхви, 2012 – 376с.;
2. Юдович Я.Э. Горючие сланцы Республики Коми. Проблемы освоения.- Сыктывкар: Геопринт, 2013, 90 с.;
3. Назаренко М.Ю., Бажин В.Ю., Салтыкова С.Н., Научно-технический и производственный журнал «Кокс и Химия», Изучение физико-химических свойств горючих сланцев, 2014, №3, с.44-49.

References

1. Antonina Z. Himicheskie tehnologii. Uchebnoe posobie dlja himiko-tehnologicheskih special'nostej professional'nyh centrov. – Jyhvi, 2012 – 376s.;
2. Judovich Ja.Je. Gorjuchie slancy Respubliki Komi. Problemy osvoenija.- Syktyvkar: Geoprint, 2013, 90 s.;
3. Nazarenko M.Ju., Bazhin V.Ju., Saltykova S.N., Nauchno-tehnicheskij i proizvodstvennyj zhurnal «Koks i Himija», Izuchenie fiziko-himicheskih svojstv gorjuchih slancev, 2014, №3, s.44-49.