Малотоннажная переработка бурого угля с применением электроразрядной технологии

Автор: Данилов Александр Владимирович
ad201403@mail.ru

Патентная основа:
Патенты: RU № 2829039, RU № 2852546, RU № 2785188, RU № 2824235, Евразийский №048476 от 01.03 2024 г.
УЗ-обработка - стандарт гидрогенизации (снижение серы, рост выхода нефти)

Предлагаемый технологический вариант опирается на защищённые решения

Усреднённый фракционный состав угольной нефти

Фракционный состав угольной нефти зависит от первоначальных характеристик бурого угля

Состав угольной пасты: 60 % угля / 40 % растворителя

Что такое красный шлам?

Это - техногенный отход глинозёмного производства.
Восстанавливается водородом до Fe₃O₄ / Fe – катализирует разрыв связей угля.
Снижает коксование, связывает серу.
Альтернативы: колошниковая пыль, пиритные огарки.

Обеспечение стабильности катализатора:

Шнековый реактор позволяет непрерывно дозировать свежий красный шлам (80 кг/ч) и выгружать отработанный, который содержит металлизированное железо и связанную серу и может быть направлен в металлургический передел. Для малотоннажной установки частая замена катализатора экономически не критична.

Накоплено миллиарды тонн, ежегодно +150 млн тонн
Состав: Fe₂O₃ 30-55%, Al₂O₃, SiO₂, CaO, Na₂O

"Мы не покупаем катализатор - мы реашем экологическую проблему переводя красный шлам в металлизированное железо"

Основные технологические решения 

Структурная схема термического растворения угля

Материальный баланс (часовой)

Паста: уголь : растворитель = 60 : 40. Выходы на уголь при Т ≈ 360 °C: нефть 33 %, газ 6 %, полукокс 60 %.

Материальный баланс (годовой)

Матрица материальных потоков
(годовая из расчёта работы установки 8000 часов)

Энергетический баланс

Тепловой баланс пиролизёра (печь):
Принимаем КПД - 0,8. Низшая теплота сгорания брикетов 20, а газа - 13 МДж/кг. Перевод: 1 МДж/ч = 0,2778 кВт

Потребность печи - 0,71 МВт (710 кВт) при пасте 1667 кг/ч и Т ≈ 360 °C; это эквивалент 160 кг/ч брикетов.
Сжигание ретентата (90 кг/ч - остаток генераторного газа после выделения Н₂; 13 МДж/кг, КПД 0,8): 90×13×0,2778×0,8 = 260 кВт.
Сжигание брикетов (110 кг/ч, 20 МДж/кг, КПД 0,8): 110×20×0,2778×0,8 = 488 кВт.
Сжигание пиролизного газа (60 кг/ч, 13 МДж/кг, КПД 0,8): 60×13×0,2778×0,8 = 173 кВт.
Итого 260+488+173 = 921 кВт - запас 30 % к потребности 710 кВт; избыток регулируется подачей брикетов и газа.

Пиролиз при давлении близком к атмосферному
(после УЗ-обработки при 1,0 МПа)

Эффективность термического растворения

Катализатор - красный шлам

Состав: Fe₂O₃ (30-50%), Al₂O₃, SiO₂

Эффект: ускоряет гидрирование, снижает коксование, повышает выход жидкости

Экономика: отход производства глинозёма → возможно бесплатно

Дозировка: 80 кг/ч на 1,67 т/ч пасты

Экономический итог

Связующее не закупается (рецикл), катализатор - бесплатно (на утилизацию)

Размещение малотоннажной углехимической установки на месте добычи - это быстрая переработка против окисления угля

Наиболее подвержены окислению: бурые угли, угли низкой степени метаморфизма, мелкофракционный и свежедобытый уголь.
Решение – это размещение установки непосредственно на месте добычи, что позволяет:

• свести к минимуму время между добычей и переработкой;
• сократить число перегрузок и дробление (меньше пыли и открытой поверхности);
• организовать переработку в инертной среде (азот и др.);
• использовать остаточное тепло угля для некоторых процессов;
• быстро получить стабильный продукт (полукокс, брикеты и т. д.).

Что входит в CAPEX

Мобильная угольная электростанция для собственных нужд, мощностью до 1,0 МВт и с расходом угля 300 -320 кг/ч

Электростанция на угле марки «Нейтрон-ORC-МЭГ» - это замкнутый энергетический мобильный угольный комплекс, в котором уголь преобразуется в электричество через процесс высокотемпературной газификации с использованием ORC-турбины (Органический цикл Ренкина).
Уголь не сжигается напрямую, а подвергается бездымной газификации в специальном реакторе. Полученный синтез-газ сжигается в камере дожига, а его тепло в кожухотрубном теплообменнике передается фреону - рабочему телу турбины. Фреон, циркулируя в замкнутом контуре, вращает турбину ORC, которая приводит в действие электрогенератор.

Один из возможных дополнительных вариантов получения электроэнергии на собственные нужды (в САРЕХ не учтен)

Заключение и рекомендации

Технология термического растворения угля готова к рабочему проектированию.

Выход товарной нефти – 2640 т/год (33% от угля).
Цена реализации – 48 000 руб./т (аналог сернистой нефти).
Чистая прибыль – 74,3 млн руб./год (с учётом налогов, ФОТ, амортизации).
Срок окупаемости – 2,7 года (при среднем CAPEX 200 млн руб.).
Работа при давлении близком к атмосферному и использование донорного растворителя обеспечивают низкие CAPEX и OPEX.
Стабильность катализатора обеспечена непрерывной дозагрузкой в шнековом реакторе.Рекомендуется: проведение пилотных испытаний; размещение установки на месте добычи угля.