Вернуться в библиотеку

Источник: "УГОЛЬ". 2008. - №1, с. 66-67

Актуальность проблемы экстракционного ожижения углей возросла в последние годы в связи с определившейся перспективой необходимости использования твердых горючих ископаемых не только в качестве энергетического топлива, сжигаемого в сыром виде в котлах теплоэлектроцентралей, но и в качестве источника ценнейших для химической промышленности органических масс в виде разнообразных высокомолекулярных углеводородов (ОМУ). Исследования данной проблемы в ИрГТУ проводятся на протяжении последних десятилетий, а полученные результаты были широко опубликованы в открытой литературе.

Применение в упомянутых исследованиях проблемы экстрагирования углей методом математического моделирования на базе конструктивной геометрии, разработанной также в нашем университете, позволило, в частности, определить оптимальные режимы гидрогенизации сапропелитов [1]. При этом в исследованиях использовался дорогостоящий водород, а процессы гидрогенизации осуществлялись при температуре порядка 400°С. Высокая энергоемкость и необходимость применения дорогостоящих реагентов присущи и многим другим методам экстракции углей, которые были разработаны в последнее время химиками разных стран. Именно данное обстоятельство значительно затрудняет широкое распространение полученных выводов и рекомендаций по ожижению углей. В этот же период исследований проблемы экстракции углей в нашем университете были разработаны способы безэлектродного электрохимического воздействия на кинетику химических реакций [2]. На основе этих исследований были запатентованы различные устройства, с помощью которых возможно осуществление электролиза воды, получение гидроксида натрия из поваренной соли на переменном токе и др. [3]. Эксперименты по обработке водной пульпы угольной пыли индукционными токами обнаружили эффект экстрагирования высокомолекулярных углеводородов в области индукционных токов с последующим разделением фракций углеводородов от воды после прекращения индуцирования токов в пульпе. Эти эксперименты проводились авторами с помощью лабораторной модели магнитодинамического электролизера (патент РФ №2147555) [4]. Обнаружение эффект позволил авторам разработать новый способ и устройство для электрохимической экстракции углей применительно к заданным условиям эксплуатации.

Для осуществления способа электрохимической экстракции углей требуется устройство электрохимической экстракции углей (см. рисунок), включающее: входную камеру 1 с патрубком 2 ввода водной пульпы угольной пыли с растворенным хлоридом натрия, снабженного резьбой 3 для присоединения штуцера гидролинии от накопителя пульпы.

Торцовой отбортовкой 4 камера 1 крепится на верхнем торце индукционной камеры 5, содержащей трубчатый индуктор 6, укрепленный с помощью диэлектрических опорных колец 7 и снабженный электрическими выводными клеммами 8 и 9 от начала и конца индуктора 6 через диэлектрическую пробку 10 в стенке камеры 5. Торцовой отбортовкой 11 камера 5 крепится на верхнем торце сборной камеры 12, снабженной выходным патрубком 13 с резьбой 14 для присоединения штуце-ра гидролинии к накопителю экстракта. Трубчатый индуктор 6 состоит из системы коаксиальных трубчатых проводников и осевого стержневого проводника 15, соединенных электрически между собой последовательно с помощью проточных кольцевых перемычек 16,17 и 21.Вызоды 8 и 9 от начала — внешнего трубчатого проводника и от конца—осевого стержневого проводника 15 индуктора 6 выполнены в виде электроизолированных проводов. Проточные для пульпы кольцевые перемычки 16, 17 и 18 выполнены в виде плоских металлических колец с радиальными щелями, кромки которых раздвинуты в противоположные стороны, образуя отверстия для протекания пульпы и сохраняя при этом площадь сечения проводника — перемычки для электрического тока.

Материалы трубчатых проводников и осевого стержня 15, проточных электрических перемычек 16, 17 и 18, выведеных электропроводов выбираются термостой-кими проводниковыми сплавами. Соединения между трубчатыми проводниками и соответствующими проточными перемычками выполняются сваркой. Количество трубчатых проводников индуктора и их геометрические размеры не ограничены и определяются заданной производительностью устройства и конкретными условиями эксплуатации. Устройство в сборе устанавливается вертикально на фундамент19. Количество устройств, соединенных между собой последовательно для многоступенчатой экстракции водной пульпы угольной пыли и параллельно для повышения выхода продукции, не ограничено и определяется конкретными условиями эксплуатации. Запорно-регулирующая аппаратура и насосное оборудование необходимы в процессе работы устройства отдельно или в системе соединенных между собой последовательно или параллельно. Предлагаемый способ осуществляется с помощью устройства следующим образом: источник переменного тока с помощью типовых электрических изолированных проводов подключается к выводным клеммам 8 и 9 индуктора 6. С помощью запор-но-регулирующей аппаратуры и насосного оборудования к патрубку 2 ввода пульпы присоединяют гидролинию от накопителя пульпы угольной пыли с раствором хлорида натрия и к выходному патрубку 13 присоединяют гидролинию к накопителю и сепараторам экстракции по фракциям.

При включении питания индуктора 6 и насосного оборудования по каналу камер 1, 5 и 12 через зазоры между трубчатыми проводниками и стержневым проводником 15 индуктора б создается гидравлический поток водной пульпы угольной пыли с раствором хлорида натрия. Так как переменный электрический ток по индуктору б создает в зазорах между трубчатыми проводниками переменное магнитное поле, то в потоке пульпы индуцируются вторичные короткозамкнутые электрические токи, под действием которых осуществляется электролиз водной среды пульпы и образуется [5] гидроксид натрия, обеспечивая в гидропотоке пульпы щелочную среду и насыщение среды ионами хлора и водорода. Одновременно с указанными электрохимическими реакциями в потоке пульпы осуществляется ее интенсивное нагревание за счет выделения теплоты в электропроводной среде гидропотока пульпы вторичными короткозамкнутыми электротоками и за счет нагревания от трубчатых проводников и стержневого проводника 15 индуктора 6.

Таким образом, в гидропотоке угольной пульпы создаются необходимые условия для осуществления известного высокотемпературного щелочного гидролиза углей в присутствии ионов водорода. Так как при этом через индуктор 6 устройства электрохимической экстракции угля с помощью типового насосного оборудования и типовой запорно-регулирующей аппаратуры поддерживается непрерывный гидропоток пульпы угольной пыли, то этот процесс высокотемпературного гидролиза углей осуществляется в не-прерывном режиме, чем и обеспечивается повышенная производительность, то есть получение технического результата изобретения, который не может быть достигнут по прототипу или другим аналогичным способом. Кроме того, так как общая (суммарная) поверхность частиц угольной пыли в пульпе имеет большую площадь обработки в щелочной среде в присутствии ионов водорода, то извлечение высокомолекулярных углеводоро-дов из угля в процессе достигает высокой эффективности, которая может быть доведена до 100% при многоступенчатом повторении процесса путем последовательного соединения устройств электрохимической экстракции угля.

Производительность способа электрохимической экстракции угля определяется мощностью индуктора 6 устройства, сечением гидропотока водной пульпы угольной пыли с раствором хлорида натрия, количеством устройств, соединенных между собой последовательно или параллельно, конкретными условиями эксплуатации, включающими химический и петрографический состав обрабатываемых углей, концентрации раствора хлорида натрия и других параметров, которые определяются заданными условиями эксплуатации и могут быть предусмотрены в конкретном техническом проекте. Полученный на выходе устройства электрохимической экстракции угля экстракт поступает в накопитель для последовательной сепарации по фракциям известными методами с помощью известного типового оборудования в соответствии с заданными условиями эксплуатации. По данному изобретению ИрГТУ получен патент № 2272825.

Список литературы

1. Вертинская Н.Д., Семенова З.В. Математическое моделирование на базе конструктивной начертательной геометрии и применение его для оптимизации гидрогенизации сапропелита // Вестник ИрГТУ-№9.-2001.-С.27-33.
   
2. Вертинская Н.Д., Герасимова Н.П. Конструирование технических систем на основе многомерного математического моделирования технологических процессов // Сб. МНС-2002,Красноярск: 2002.-С.30-31.
   
3. Вертинский А. П. Многофазный индукционный электрокоагулятор // Патент РФ № 2077954, БИ № 12/1997.
   
4. Герасимова Н. П. Перспективы применения индукционных токов в электролитах для управления электрохимическими процессами // Вестник ИрГТУ №9,2001.—С.58-62.
   
5. Пат. 2272825 РФ, С 10 С 1/00. Способ и устройство электрохимической переработки углей / Н.Д. Вертинская, А.П. Вертинский, Н.П. Герасимова-№ 2003135195/04; Заявлено 03.12.2003; Опубл. 27.03.2006, Бюл. № 9.