Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения угольно-щелочного реагента

Предлагаемое изобретение относится к области переработки угля, конкретно к способу получения угольно-щелочного реагента для бурения нефтяных и газовых скважин и как разжижителя шлама в производстве цемента.

Угольно-щелочной реагент (УЩР) - является довольно эффективным химическим реагентом для приготовления промывочных жидкостей, несмотря на свою относительно небольшую стоимость. Его получают путем обработки бурого угля каустической содой, в результате чего содержащиеся в буром угле гуминовые кислоты растворяются [http://vseoburenii.сom/ugleshhelochnoy-reagent-ushhr/].

УЩР предназначен для общего улучшения буровых растворов, повышения их дисперсности и агрессивной устойчивости, снижения водоотдачи. По принципу действия эти реагенты являются стабилизаторами суспензий, но выполняют и пептизирующие функции. Они служат для регулирования вязкости и статического напряжения сдвига глинистых растворов, загустевших от выбуренной породы [http://expochem.kz/p4494101-ugleschelochnoj-reagent.html].

Также УЩР используют как разжижитель шлама в производстве цемента. Разжижители добавляют к цементно-сырьевому шламу для снижения его влажности при сохранении приемлемой вязкости (или по иной терминологии заданной текучести). В соответствии с «Правилами технической эксплуатации цементных заводов» минимально необходимая величина растекаемости шлама должна составлять 55 мм. Каждый процент снижения влажности шлама повышает производительность печи на 1,5% и одновременно на 1% снижается расход тепла на обжиг клинкера.

До недавнего времени в качестве наиболее распространенного разжижителя шлама применяли ССБ (сульфитно-спиртовую барду) - отход целлюлозной промышленности. ССБ оказывает разжижающий эффект почти на все сырьевые шламы. Однако высокая стоимость, вызванная в основном дальними перевозками, и сравнительная дефицитность ограничивают широкое применение ее на цементных заводах. Поэтому до сих пор не прекращается поиск альтернативных, недефицитных и эффективных добавок для разжижения цементной шихты. Наиболее перспективными разжижителями, обладающими такими достоинствами, являются торфощелочные и углещелочные реагенты. По эффективности действия на цементно-сырьевые шламы торфощелочные и углещелочные реагенты значительно превосходят дефицитную ССБ [http://sibius.ucoz.ru/index/ugleshhelochnoj_reagent/0-13].

Известен разжижитель цементно-сырьевого шлама, содержащий органический пластификатор на основе лигносульфонатов, согласно изобретению в качестве органического пластификатора содержит композицию лигносульфонатов и полимерных производных ароматических сульфокислот, в которую дополнительно введен мономерный органический электролит и добавка пластифицирующе-воздухововлекающего действия при соотношении компонентов, мас. %: лигносульфонаты - 20-55; полимерные производных ароматических кислот - 40-70; мономерный органический электролит - 1-5; добавка пластифицирующе-воздухововлекающего действия - 1-5 [патент RU 2524096, Опубликован: 27.07.2014].

Однако указанный разжижитель не относится к угольно-щелочным реагентам.

Известен способ получения буроугольного щелочного реагента, включающий измельчение, высушивание, классификацию угля и его смешение с щелочью, отличающийся тем, что процессы высушивания и классификации совмещают с окислением угля при взаимодействии с газовоздушной смесью, содержащей 16-20 об.% кислорода в термоклассификаторе [патент RU 2071969, Опубликован: 20.01.1997].

Однако известный способ является технологически сложным и энергозатратным.

Известен способ получения УЩР путем перемешивания сухого бурого угля или угля после экстракции из него восков и битумов с 40-50%-ным раствором каустической соды [Химия твердого топл. 1974, №2, с. 3].

Недостатком известного способа является то, что реакция взаимодействия гуминовых кислот, присутствующих в угле, в процессе обработке щелочью протекает не полностью и завершается при фасовке, хранении и транспортировке. Это приводит к разогреву тары вплоть до самовозгорания. Кроме того, содержание значительных количеств пылевидной фракции (20-80%) затрудняет использование УЩР в условиях буровой.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения углещелочного реагента, включающий предварительное измельчение угля естественной влажности, обработку его концентрированным водным раствором каустической соды при влажности реакционной смеси не менее 50% и времени реакции в смесителе и шнеках 20-30 мин, первичную сушку реакционной смеси и завершение реакции взаимодействия гуминовых веществ со щелочью, помол реагента, вторичную сушку до влажности реагента 10-15% [Авт. свид. СССР 297765, опубликовано: 01.01.1971].

Недостатком указанного способа является большой расход каустической соды и низкое качество реагента.

В основу изобретения поставлена задача получения угольно-щелочного реагента из отходов углемойки по упрощенной технологии при минимальных энергозатратах и сохранении качества продукта.

Поставленная задача решается предлагаемым способом УЩР, включающим измельчение отходов углемойки и их обработку водным раствором щелочи, причем используют отходы углемойки влажностью от 10 до 40% и измельчают их до размера частиц не более 50 мм, после чего проводят обработку отходов водным 50% раствором соды кальцинированной в реакторе-смесителе при температуре нагрева 200°C в течение 30 минут, в полученную нагретую гомогенную суспензию добавляют известь гашеную и перемешивают в течение 60 минут, при этом компоненты используют при следующем соотношении мас.%: измельченные отходы углемойки от 60 до 65%; известь гашеная от 5 до 10%; сода кальцинированная от 15 до 20%; вода остальное.

Технический результат заявленного способа заключается в том, что предлагаемый способ получения УЩР технологически основан на применении режима высокой температуры с использованием щелочи, что способствует разрыву высокомолекулярных кислотных соединений и образованию низкомолекулярных соединений, благотворно влияющих на конечный продукт. Использование раствора щелочи способствует разрыву пептидных связей и продукт, в результате приобретает вид густой текучей смеси.

Экспериментально установлено, что измельчение бурого угля до размеров частиц не более 50 мм позволяет улучшить реакцию между бурым углем и щелочным реагентом и осуществить полную реакцию за короткое время, что снижает энергозатраты.

Заявленный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Отходы углемойки бурого угля, добываемого в Ангренском месторождении, измельчили на молотковой дробилке, просеяли через сита с размером ячеек 50 мм. Измельченные и просеянные отходы из расходного бункера питателя в количестве 650 кг подали в реактор-смеситель. Реактор-смеситель непрерывного действия объемом V=1000 л снабжен рубашкой для обогрева и змеевиком для подачи пара. Затем в реактор-смеситель залили 100 л воды с одновременным добавлением щелочи - соды кальцинированной 50% концентрацией и в количестве 150 кг. Температуру в реакторе-смесителе довели до 200°C и поддерживали на этом уровне в течение 30 минут процесса экстрагирования, который осуществляли при механическом перемешивании. В полученную нагретую гомогенную суспензию добавили известь гашеную (пушонка) 100 кг, после чего смесь перемешивали в течение 60 минут.

Пример 2. Отходы углемойки бурого угля, добываемого в Ангренском месторождении, измельчили на молотковой дробилке, просеяли через сита с размером ячеек 50 мм. Измельченные и просеянные отходы из расходного бункера питателя в количестве 600 кг подали в реактор-смеситель. Затем в реактор-смеситель залили 150 л воды с одновременным добавлением щелочи - соды кальцинированной 50% концентрацией и в количестве 200 кг. Температуру в реакторе-смесителе довели до 200°C и поддерживали на этом уровне в течение 30 минут процесса экстрагирования, который осуществляли при механическом перемешивании. В полученную нагретую гомогенную суспензию добавили известь гашеную (пушонка) 50 кг, после чего смесь перемешивали в течение 60 минут.

Полученный УЩР направляют в накопительные емкости, из которых готовый продукт упаковывают в полипропиленовые мешки или полиэтиленовые пакеты вместимостью от 25 до 50 кг.

Полученный предлагаемым способом УЩР может быть использован в качестве разжижителя шлама в производстве цемента. Реагент также предназначен для общего улучшения качества буровых растворов, в том числе уменьшения водоотдачи, а также в качестве стабилизатора как пресных, так и минерализованных глинистых растворов, применяемых при бурении скважин на большую глубину в условиях нормальных и повышенных температур.