Понизитель прочности угля

 

Область применения: угольная промышленность, разработка открытых угольных массивов. Сущность изобретения: понизитель прочности угля включает активный компонент в количестве 0,1 - 5,0 мас.% и вода остальное. В качестве активного компонента используют нейтрализованный прудовый кислый гудрон процесса сернокислотной очистки масел или нейтрализованный продукт взаимодействия текущего кислого гудрона процесса сернокислотной очистки масел или жидких парафинов с алкилароматическими соединениями. 3 табл.

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при разработке открытых угольных массивов.

Известен понизитель прочности угля [1] представляющий собой 0,05-0,1%-ный водный раствор оксиэтилированных спиртов фракции С₁₀-С₂₀со степенью эксиэтилирования 5-10 моль оксиэтилена на 1 моль спирта.

Недостатками данного понизителя прочности угля является его недостаточная эффективность снижения прочности угля (16,1%) по сравнению с сухой породой.

Известен понизитель прочности угля [2] представляющий собой 25%-ный водный раствор метиламина.

Недостатком данного понизителя прочности является его недостаточная эффективность снижения прочности угля (71,05%) при относительно больших концентрациях активного компонента. Кроме того, использование дорогостоящего метиламина в качестве действующего компонента резко снизит экономическую эффективность разупрочнения.

Наиболее близким к предлагаемому является понизитель прочности угля, состоящий из органического вещества и воды, где в качестве органического вещества используется кубовый остаток регенерации диэтиленгликоля производства морфолина при следующем соотношении компонентов, мас. Кубовый остаток 75-85 Вода 15-25 Снижение прочности образцов, пропитанных данным раствором, составляет до 82,53% [3] Недостатками данного понизителя прочности являются высокая концентрация активного компонента (60-95 мас.) и относительно низкая эффективность понижения прочности угля (82%).

Цель изобретения снижение концентрации активного компонента, повышение эффективности понижения прочности угля, а также расширение сырьевой базы процесса.

Цель достигается тем, что в качестве активного компонента понизитель прочности "Нефтенол ВП" содержит нейтрализованный прудовый кислый гудрон процесса сернокислотной очистки масел или нейтрализованный продукт взаимодействия текущего кислого гудрона процесса сернокислотной очистки масел с алкилароматическими соединениями при содержании активного компонента 0,1-5,0 мас.

При производстве высококачественных марок масел и жидких парафинов в нашей стране используется технология сернокислотной очистки. Отработанная серная кислота, содержащая сложную смесь углеводородов, смол и суьфокислот, получившая название текущий кислый гудрон (КГ), направляется в так называемые пруды-накопители, где в результате длительного хранения под открытым небом заканчиваются химические превращения. Состав стабилизируется: в результате попадания в пруды осадков и паводковых вод происходит снижение концентрации неводной части. Такие гудроны, не поддающиеся переработке известными методами и представляющие значительную экологическую опасность, называются прудовыми кислыми гудронами.

Нейтрализацией водным раствором едкого натра можно получить продукт, представляющий собой смесь натриевых солей сульфокислот различного состава, сульфата натрия, углеводородов, смол и воды.

Если текущий КГ подвергнуть взаимодействию с алкилароматическими углеводородами или нефтяными продуктами, содержащими большое количество алкилароматических соединений, то получается продукт, являющийся по составу синтетическим аналогом прудового кислого гудрона, содержащий несколько большее количество активного компонента.

Процесс нейтрализации прудовых КГ осуществляется в проточном реакторе с возможностью создания высоких показателей массообмена и теплообмена, так как применение полупериодических процессов с подачей щелочи в большую массу КГ и соответственно с невозможностью быстрого теплосъема приводит к деструктивным процессам, проходящим в массе КГ, к значительной потере сульфокислот и омылению продукта, что влечет за собой резкое ухудшение показателей разупрочнителя.

Реактор для нейтрализации КГ представляет из себя полый цилиндр со встроенными секциями теплообмена и с внутренней мешалкой, вращающейся с большой скоростью.

Синтетический аналог прудовых КГ получают путем сульфирования кубовых остатков, содержащих алкилароматические соединения.

Например, может применяться кубовый остаток алкилирования бензола пропиленом, представляющий собой смесь ди-, три- и полиалкилбензолов (ПАБ) с концентрацией алкилароматических углеводородов 85-94 мас.

Может применяться также фенольная смола, представляющая собой смесь полиалкилфенолов (78-93 мас.).

Также может применяться смола пиролиза, содержащая до 8 мас. алкилароматических углеводородов различного строения.

Процесс сульфирования, протекающий так же, как и процесс нейтрализации с большим тепловым эффектом, должен проходить с очень малым временем пребывания реакционной смеси в реакторе. В то же время должен быть обеспечен высокий тепло- и массообмен. Данным требованиям соответствует вышеописанный реактор.

Таким образом установка для получения синтетического аналога прудового КГ состоит из двух реакторов вышеописанной конструкции, в одном из которых идет процесс сульфирования, а в другом процесс нейтрализации.

Процессы идут при следующих технологических параметрах.

Сульфирование ведут при 90-100^оС/ скорости подачи сырья/ КГ/ до 15 ч^-1. Алкилароматический кубовый остаток берут по стехиометрическому уровню с использованием среднего значения молекулярной массы. Нейтрализацию ведут при 30-40^оС. Щелочи берут до достижения рН8-9.

Получаемый активный компонент содержит натриевые соли алкилсульфокислот, ароматическое моно-, ди-, три- и полисульфокислоты, сульфат натрия, несульфируемые углеводороды и смолы. Данный состав позволяет разупрочнять уголь с большой эффективностью за счет сочетания электролита (сульфат натрия), углеводородов и достаточно широкого спектра водорастворимых поверхностно-активных веществ, обладающих необходимыми свойствами для разупрочнения за счет того, что уголь имеет в своем составе большой набор связей, для разупрочнения которых необходимы различные виды воздействий (реактивами, например, ПАВами, электролитами, водой и углеводородами). Состав активного компонента как раз соответствует этим требованиям.

Попытки использования чистых химических реактивов отдельно для разупрочнения нуля показали, что они работают по отдельности гораздо хуже предлагаемой композиции (табл.3).

П р и м е р. Для проведения лабораторных испытаний был приготовлен ряд растворов, составы которых и результаты испытаний приведены в табл.1 и 2, где: I прудовый кислый гудрон ПО "Горькнефтеоргсинтез"; II текущий кислый гудрон сернокислотной очистки масла или парафина; III 40%-ный водный раствор щелочи; IV фракция полиалкилбензолов; V смола пиролиза; VI фенольная смола.

Испытания проводились на угле открытого разреза "Богатырь" Экибастузского месторождения, марка К. Замачивание образцов проводили при температуре окружающей среды в течение 20 сут в приготовленных растворах заданных концентраций. Прочностные характеристики образцов определялись при постоянно приложенной нагрузке 0,5 кг по методике Роквелла по глубине проникновения наконечника в соответствии с ГОСТ 9013-59 и СТ СЭВ 469-77. Усредненные данные получали по результатам параллельных испытаний трех образцов угля, при этом отклонение от среднего значения не превышали 6% Для оценки разупрочняющего эффекта определяли коэффициент прочности по формуле: K_пр (h_пр h_с)/h_пр 100% где h_пр абсолютная деформация пропитанного образца, мм; h_с абсолютная деформация сухого образца, мм.

Для сравнения со способом-прототипом был приготовлен раствор кубового состатка регенерации диэтиленгликоля производства морфолина с содержанием его в водном растворе 80 мас. При анализе физико-механических свойств угля, пропитанного раствором, оказалось, что эффективность разупрочнения угля составила 76,6% Расхождение предлагаемого результата с прототипом объясняется тем, что взят другой уголь со своими прочностными характеристиками.

В табл.1 представлены данные по получению концентрата активного компонента. Как видно из табл. 1, нейтрализованный прудовый кислый гудрон содержит 31,6 мас. активного компонента, поэтому для его применения требуется растворение в воде. Рабочие растворы готовились разбавлением концентрата до необходимой концентрации водопроводной водой.

Как видно из табл.1, состав активного компонента сильно зависит от условий сульфирования. Так при температуре сульфирования различных видов сырья (ПАВ, смола пиролиза, фенольная смола) ниже 90^оС (образцы 3, 8, 13) конверсия серной кислоты невелика, поэтому в составе концентрата образуется большое количество сульфата натрия, что в свою очередь сказывается на свойствах разупрочнителя (табл.2, опыты 7,17,22).

Повышение температуры сульфирования выше 120^оС приводит к резкому повышению количества продуктов деструктивных процессов в составе концентрата (табл. 10, образцы 7, 12,17), что снижает эффективность разупрочнения угля (табл.2, опыты 16,21,26).

Использование просто нейтрализованного текущего кислого гудрона не дает положительного результата вследствие большого содержания в нем свободной серной кислоты, и соответственно, большое содержание сульфата натрия в концентрате активного компонента снижает эффективность разупрочнения угля (табл.1, образец 2, табл.2, опыт 6).

Исследование влияния концентрации активного компонента в рабочем растворе показывает, что снижение концентрации ниже 0,1 мас. и повышение ее выше 5,0 мас. приводит к снижению эффективности разупрочнения угля (табл.2, опыты 1,5,8,13). При использовании рабочих растворов с концентрацией в заявляемых пределах достигается эффект выше, чем в способе-прототипе (табл.2, опыты 2,3,4,9,10,11,12,14,15,18,19,20,23,24,25).

При использовании в качестве активного компонента индивидуальных сульфокислот и сульфата натрия был получен отрицательный результат (табл.3).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет решить сразу две экологические задачи: с одной стороны, переработать кислогудронные пруды и найти полезное применение опасному для природы продукту; с другой стороны, заменить технологию разупрочнения взрывом, применяемую сейчас для разупрочнения горных массивов, на экологически безопасную технологию физико-химического разупрочнения.

Формула изобретения

ПОНИЗИТЕЛЬ ПРОЧНОСТИ УГЛЯ, включающий активный компонент и воду, отличающийся тем, что в качестве активного компонента понизитель прочности содержит нейтрализованный прудовый кислый гудрон процесса сернокислотной очистки масел или нейтрализованный продукт взаимодействия текущего кислого гудрона процесса сернокислотной очистки масел или жидких парафинов с алкилароматическими соединениями при содержании активного компонента 0,1 - 5,0 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3