Электронный пучок позволит превратить тувинский уголь в углеводородное сырье для нефтеперерабатывающей промышленности

05.03.2020

Специалисты трех российских институтов (Института химии твердого тела и механохимии СО РАН - ИХТТМ СО РАН; Тувинского института комплексного освоения природных ресурсов СО РАН - ТувИКОПР СО РАН, Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН - ИЯФ СО РАН) провели серию экспериментов по облучению образцов угля из Каа-Хемского угольного месторождения (Республика Тыва) на промышленном ускорителе электронов ИЛУ-6. Установлено, что обработка позволяет значительно повысить степень переработки угля в технологически значимые продукты, а также снизить экологические риски при сжигании переработанного угля вместо природного. Результаты опубликованы в журнале «Химия в интересах устойчивого развития».

Каменный уголь, как правило, включает в себя две основные составляющие: жидкие углеводороды и минерализованную часть. Количество извлекаемых из угля жидких углеводородов (пек) зависит от разных факторов, основной из которых – степень углефикации (метаморфичности): чем старше уголь, тем дольше длилось воздействие повышенного давления и температуры, тем ниже будет содержание экстрагируемых из угля компонентов. Команда российских ученых провела серию экспериментов по облучению релятивистскими электронами каменного угля среднеюрского возраста марки ГЖ (газовый жирный) с Каа-Хемского месторождения, которое служит основным поставщиком угля для отопления в Республике Тыва.

«Особенность тувинского угля в том, что в нем очень много жидких углеводородов - пека, - рассказывает главный научный сотрудник, заведующий лабораторией ИХТТМ СО РАН, доктор химических наук Борис Толочко, - Существуют различные способы экстракции жидких углеводородов из каменного угля, однако «выход» пека получается небольшой. Одним из способов увеличения глубины переработки может стать обработка угля электронами. Мы провели серию экспериментов с использованием промышленного ускорителя ИЛУ-6 (ИЯФ СО РАН) и установили, что из угля, подвергшегося электронной обработке увеличивается выход жидких углеводородов на 40-60 %. Так происходит потому что жидкие углеводороды химически связаны с высокометаморфизованной частью угля, а электроны разрывают эти связи. В будущем из выделенного пека можно будет получать масла, пластмассы и горючие газы, также как сейчас получают из нефти. Облучение угля электронами позволяет получить ещё один продукт – экологически чистый уголь, не выделяющий при сгорании сильнейшие канцерогены – ароматические соединения, в изобилии присутствующие в составе необработанного угля Каа-Хемского месторождения».

структура коксовых остатков угля

Структура коксовых остатков угля, облученного электронным пучком. Макросъемка. Фото: Солангы Ондар

Облучение каменного угля – это не первый опыт обработки полезных ископаемых в ИЯФ СО РАН. «Несколько лет назад мы вместе со специалистами ИХТТМ СО РАН провели большую работу по изучению влияния релятивистских электронов на нефть и тяжелые нефтяные остатки, - рассказывает заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, кандидат технических наук Александр Брязгин. – В ходе экспериментов было установлено, что пучок электронов, получаемый на нашем ускорителе, инициирует процесс переработки тяжелой нефти и гудрона в жидкие углеводороды и олефины. Кроме того, совместно со специалистами Института горного дела СО РАН мы провели серию экспериментов по облучению твердых остатков руд черных и цветных металлов, которые плохо поддаются переработке. В результате было установлено, что после воздействия радиации, измельчить такие остатки становится намного проще – таким образом можно значительно повысить коэффициент полезного использования сырья».

По словам Александра Брязгина, ИЯФ СО РАН занимается разработкой и производством промышленных ускорителей уже более сорока лет. На сегодняшний день это универсальный инструмент, который подходит для проведения работ в самых разных областях науки и производства.

Справка. Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН специализируется на изучении состояния природных ресурсов Тувы и сопредельных регионов центральной Азии. Исследования и опытно-технологические работы по глубокой переработке углей являются одними из приоритетных направлений деятельности организации. Кроме того, специалисты Института проводят комплексные структурно-формационные и геолого-металлогенические исследования, а также осуществляют мониторинг состояния природной среды, наземных и водных экосистем и анализ динамики природных и антропогенных процессов на территории Тувы и сопредельных регионов.