Исследование термического разложения и качества обогащения угля месторождения Могоин-гол в Монголии

Основной целью настоящего исследования является изучение термической стабильности и механизма термического разложения угля Могоин-гол, возможности ожижения пиролизом и термолизом, а также возможности обогащения тяжелыми жидкостями для снижения минеральности угля и улучшения его свойств. С этой целью могоин-гольский уголь охарактеризован при помощи экспрессивного, предельного анализа и термогравиметрии, исследовано его термическое разложение (термолиз и пиролиз). Термогравиметрический анализ проводили на японском приборе HITACHI TG/DTA7300, изучение пиролиза осуществляли при различных температурах нагрева (200–700 °С) с постоянной скоростью нагрева 20 °С/мин в течение 80 мин. На основании результатов экспресс- и элементного анализа установлено, что могоин-гольский уголь относится к высокосортным коксующимся углям. Пиролиз могоин-гольского угля изучался в печи СНОЛ при различных температурах нагрева и получен из продуктов пиролиза, таких как твердый остаток, гудрон, пиролитическая вода и газ. При пиролизе выход пиролизной смолы (6.28%) был самым высоким при температуре 700 °С. Опыт термического разложения (термолиз) проводили в автоклаве закрытого типа при температуре 350–450 °С с использованием растворителя-донора водорода (тетралина) при различном массовом соотношении угля и растворителя (1:1,75; 1:1,5). В эксперименте по термолизу выход жидкого продукта максимален при соотношении уголь–растворитель 1:1,5 при температуре 450 °С.

1. Fetisova O. Yu., Kuznetsov P. N., Purevsuren B., Avid B. A kinetic study of the stepwise thermal decomposition of various coals from Mongolia. Solid Fuel Chemistry. 2021;55(1):1-7. https://doi.org/10.3103/S0361521921010031.

2. Widayat, Satriadi H., Wibawa L. P., Hanif G. F., Qomaruddin M. Oil and gas characteristics of coal with pyrolysis process. AIP Conference Proceedings. 2022;2453(1):020077. https://doi.org/10.1063/5.0094759.

3. Gu S., Xu Z., Ren Y., Tu Y., Sun M., Liu X. An approach for upgrading lignite to improve slurryability: blending with direct coal liquefaction residue under microwave-assisted pyrolysis. Energy. 2021;222:120012. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120012.

4. Gabriel G. F., Jheyeaaseelan J. S., Kumaraguru D., Osman K., Hamzah N. H. Pyrolytic key indicators of burnt porcine tissue in the presence of petrol under outdoor conditions. Malaysian Journal of Analytical Sciences. 2019;23(2):274-289. https://doi.org/10.17576/mjas-2019-2302-12.

5. Deng J., Li Q.-W., Xiao Y., Shu C.-M., Zhang Y.-N. Predictive models for thermal diffusivity and specific heat capacity of coals in Huainan mining area, China. Thermochimica Acta. 2017;656:101-111. https://doi.org/10.1016/j.tca.2017.09.005.

6. Gross M. Closing the carbon cycle. Current Biology. 2014;24(13) : R583-R585. https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.06.051.

7. Morgan T. J., Kandiyoti R. Pyrolysis of coals and biomass: analysis of thermal breakdown and its products. Chemical Reviews. 2014;114(3):1547-1607. https://doi.org/10.1021/cr400194p.

8. Jianfang J., Wang Q., Yingyu W., Weicjeng T. GC/MS analysis of coal tar composition produced from coal pyrolysis. Bulletin of the Chemical Society of Ethiopia. 2007;21(2):229-240. https://doi.org/10.4314/bcse.v21i2.21202.

9. Liu F.-J., Fan M., Wei X.-Y., Zong Z.-M. Application of mass spectrometry in the characterization of chemicals in coal-derived liquids. Mass Spectrometry Reviews. 2017;36(4):543-579. https://doi.org/10.1002/mas.21504.

10. Vasireddy S., Morreale B., Cugini A., Song C., Spivey J. J. Clean liquid fuels from direct coal liquefaction: chemistry, catalysis, technological status and challenges. Energy & Environmental Science. 2011;4(2):311-345. https://doi.org/10.1039/C0EE00097C.

11. Chen Z., Wu Y., Huang S., Wu S., Gao J. Coking behavior and mechanism of direct coal liquefaction residue in coking of coal blending. Fuel. 2020;280:118488. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118488.

12. Zhang L., Wei J., Wang J., Bai Y., Song X., Su W., et al. Deep insight into the ash fusibility and viscosity fluctuation behavior during co-gasification of coal and indirect coal liquefaction residue. Fuel. 2021;305:121620. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121620.

13. Song Y., Lei S., Li J., Yin N., Zhou J., Lan X. In situ FT-IR analysis of coke formation mechanism during Co-pyrolysis of low-rank coal and direct coal liquefaction residue. Renewable Energy. 2021;179:2048-2062. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.08.030.

14. Shen Q., Wu H. Rapid pyrolysis of biochar prepared from slow and fast pyrolysis: the effects of particle residence time on char properties. Proceedings of the Combustion Institute. 2022. https://doi.org/10.1016/j.proci.2022.07.119.

15. Lanzerstorfer C. Pre-processing of coal combustion fly ash by classification for enrichment of rare earth elements. Energy Reports. 2018;4:660-663. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2018.10.010.

16. Xian Y., Tao Y., Ma F., Zhou Y. The study of enhanced gravity concentrator for maceral enrichment of low-rank coal with heavy medium. International Journal of Coal Preparation and Utilization. 2021:1-17. https://doi.org/1080/19392699.2021.2000403.

17. Erdogdu A. E., Polat R., Ozbay G. Pyrolysis of goat manure to produce bio-oil. Engineering Science and Technology, an International Journal. 2019;22(2):452-457. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2018.11.002.

18. Salas-Peregrin M., Carrasco-Marin F., Lopez-Garzon F., Moreno-Castilla C. Additions and corrections — adsorption of CO 2 on activated carbons from diluted ambient environments. Energy & Fuels. 1995;9(2):390. https://doi.org/10.1021/ef00050a601.

19. Mianowski A., Radko T. Thermokinetic analysis of coal pyrolysis process. Journal of Thermal Analysis Calorim. 1995;43:247-259. https://doi.org/10.1007/BF02635992.

20. Li Q.-W., Xiao Y., Wang C.-P., Deng J., Shu C.-M. Thermokinetic characteristics of coal spontaneous combustion based on thermogravimetric analysis. Fuel. 2019;250:235-244. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.04.003.