1598005355-8175385b9c8404424807f40ff9c50b0a (811200), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Гидрогенуузация угля Гидрогеиизацнонная переработка угля — наиболее универсальный метод прямого ожижения. Теоретические основы воздействия водорода на органические соединения под давлением бьюи разработаны в начале ХХ в. академиком В. Н. Ипатьевым, Первые широкие исследования по применению гидрогенизационных процессов к переработке угля были проведены немецкими учеными в 1910 †19-х гг, В период 1920— 1940-х гг.
в Германии был создан ряд промышленных предприятий на базе этой технологии. В 1930 — 1950-с гг. опытные и промышленные установки по прямому ожнжеиию угля методом гнд- 7! рогенизации были сооружены в СССР, Англии, США и некоторых других странах. В результате гидрогенизационной переработки происходит растворение органической массы угля и насыщение ее водородом в степени, зависящей от назначения целевых продуктов. Производство товарных моторных топлив обеспечивается за счет переработки получаемых на первой (жидкофазной) стадии жидких продуктов методами парофазной гидрогенизации. При жидкофазной гидрогенизации углей в температурном интервале 300 — 500'С происходит разрушение сложной матрицы угля, сопровождаюзцееся разрывом химических связей и образованием активных свободных радикалов.
Последние, стабилизируясь водородом, образуют молекулы меньшего размера, чем исходные макромолекулы. Рекомбинация свободных радикалов приводит также к образованию высокомолекулярных соединений [74), Водород, необходимый для стабилизации радикалов, частично обеспечивается за счет применения растворителей — доноров водорода. Это — соединения, которые, взаимодействуя с углем, при высоких температурах дегидрируются, выделяющийся при этом атомарный водород присоединяется к продуктам деструкции угля.
Растворитель-донор водорода является также пастообразователем. Чтобы находиться в условиях гидрогенизационного процесса в жидкой фазе, он должен иметь температуру кипения выше 260'С. Хорошими водородно-донорными свойствами обладают конденсированные ароматические соединения, прежде всего тетралин. Более высококипящие соединения этой группы (нафталин и крезол) менее активны, но при их смешении с тетралином возникает эффект сннергизма: смесь равных частей тетралина и крезола обладает более высокой донорной способностью, чем каждый в отдельности [70]. На практике наибольшее распространение в качестве 1астворителей-доноров водорода получили не индивидуальные вещества, а дистиллятные фракции продуктов ожижения угля с высоким содержанием конденсированных ароматических соединений.
Вредными примесями в растворителях являются полярные соединения, например фенолы, а также асфальтепы, содержание которых не должно превышать 10 — 15%. Для поддержания донорных свойств циркулирующий растворитель подвергается гидрированию. С помощью растворителя обычно удается «передать» углю не более 1,5% (масс.) водорода. Повышение глубины превращения органической массы угля достигается введением газообразного молекулярного водорода непосредственно в реактор.
На основе многочисленных исследований установлено, что для гидрогенизацнонной переработки в жидкие продукты предпочтительны каменные угли невысоких стадий метаморфиз- 72 Таблица 3.5. Характеристика бурых углей КанскотА инского н каменных углей Кузнецкого бассейнов састаа, ', !масс ! Местсрс ааеаие, рааса ц,а з > таа> з и саа? наа1 КаискотА >инский бассейн Месторождение Бараидатское Нтатское Березовское Иршз-Бородинское Назаровское Абз некое ур>ооинское 46 О,З 46 О,? 48 0,3 47 0,2 47 0,6 47 0,4 47 0,3 бассейн 72 4,6 0,35 70 4,7 0,35 7! 5,1 0,34 73 ба О 036 70 4,7 0,4! ?! 5,1 0,36 7! 4,8 0,35 36 7 40 1! 32 7 32 9 37 !З ЗЗ 9 34 8 Кузнецкий Районы 9 7 6 7 8 7 8 40 0,5 Зд Об 35 0,5 39 0,6 80 5,6 0,63 84 6,7 0,73 84 5,4 0,82 82 5 6 0 бб Ленинские Ерунаковскии Терсвнский П,тотииковский Я а> = 11,789Нз+ 1,5728 — 47,564.
ма н бурые угли с показателем отражательной способности витрипита Во=0,35 — 0,95 и содержанием инертных петрографических мнкрокомпонентов не выше 15% (масс.). Эти угли должны содержать 65 — 86% (масс.) углерода, более 5% (масс.) водорода и пе менее 30% (масс.) летучих веществ в расчете Оа органическую массу. Содержание золы в них не должно превышать 10% (масс.), так как высокая зольность отрицательно сказывается на материальном балансе процесса и затрудняет эксплуатацию оборудования!75). В нашей стране этим требованиям в наибольшей степени отвечают бурые угли Канско-Ачинского и каменные угли Кузнецкого бассейнов (табл.
3.5) [761. Пригодность углей для производства жидких топлив гидрогенизацией может быть оценена по данным элементного состава, И, Б. Рапопортом было установлено, что выход жидких продуктов гидрогенизации в расчете на органическую массу угля уменьшается с ростом массового отношения в его составе углерода к водороду и достигает минимального значения (72%) прн С: Н=16 [771. Статистический анализ состава и способности к ожижению американских углей позволил установить с корреляцией 0,86 следующую линейную зависимость выхода жидких продуктов [Я, % (масс.)1 от содержания [% (масс.)1! в исходном деминерализованном угле водорода и органической серы [781: Линейная зависимость несколько иного вида с корреляцией 0,85 была получена при исследовании австралийских углей [78]: б), =Н!С,'-0,80/С.
Бурые угли легко подвергаются ожижению, но в них, как правило, содержится много кислорода (до 30о/о на ОМУ), на удаление которого требуется значительный расход водорода. В то же время содержание в них азота, для удаления которого также требуется водород, ниже, чем в каменных углях. Важными физическими характеристиками являются пористость и смачиваемость растворителем. На степень ожижаемости углей существенно влияют содержащиеся в них минеральные примеси и микроэлементы. Оказывая физическое и каталитическое воздействие в процессах ожижения, они нарушают прямую зависимость между выходом жидких продуктов и составом органической части угля [65].
Основными параметрами, влияющими на степень ожижения угля и свойства получаемых при жидкофазной гидрогенизации продуктов, являются температура и давление, при которых проводится процесс. Оптимальный температурный режим жидкофазной гидрогенизации находится в пределах 380 — 430'С и для каждого конкретного угля лежит в своем узком интервале. При температурах выше 460'С происходит резкое увеличение газообразования и формирование циклических структур.
С увеличением давления процесса растет скорость ожижения углей [79]. Известны два способа осуществления жидкофазной гидрогенизационной переработки углей с целью получения синтетических моторных топлив — термическое растворение и каталитическая гидрогенизация. Термическое растворение представляет собой мягкую форму химического преобразования угля, При взаимодействии с растворителем-донором водорода часть органического вещества угля переходит в раствор и после отделения твердого остатка обычно представляет собой высококипящий экстракт угля, освобожденный от минеральных веществ, серо-, кислород- и азот- содержащих соединений и других нежелательныхпримесей.Для повышения степени конверсии угля в раствор может подаваться газообразный водород.
В зависимости от типа исходного угля, растворителя и условий процесса методом термического растворения могут быть получены продукты различного назначения. Впервые технология термического растворения угля была предложена А. Поттом и Х. Броше в 1920-х годах.
К началу 1940-х годов в Германии на базе этой технологии действовала установка производительностью 26,6 тыс. т в год экстракта. 74 На этой установке паста, состоягдая из одной части измельченного каменного угля и двух частей растворителя, нагревалась в трубчатой печи до 480 'С под давлением 10 †МПа. Жидкие продукты отделялись от псрастворивжегося угля и его минеральной части фильтрованием при температуре 150 'С и давлении 0,8 МПа. В качестве растворителя прнменалн смесь тстралина, крсзола я среднего масла жидкофазиой гидрогенизаиии пска каменноугольной смолы. Выход экстракта с температурой размягчения 220 'С я содержанием 0,15 — 0,20е)е (масс.) золы составлял около 75е)е )масс.) от органического вещества угля. Экстракт использовали в основнохг как сырье для получения высококачественного электродного кокса !771.
Начиная с !960-х годов, в ряде стран были разработаны и реализованы на опытных и демонстрационных установках процессы нового поколения, основанные на термическом растворении угля. По целевому назначению их можно разделить на два типа; 1) процессы, в которых получаются лишь первичные твердые или жидкие в обычных условиях продукты, предназначенные, как правило, для сжигания в топках электростанций, и 2) процессы, предусматривающие переработку первичных продуктов в более квалифицированные (в первую очередь, в моторные) топлива с помощью вторичных процессов термопереработки, гидрогенизации и облагораживания.
Разработанный в США процесс экстракционной очистки угля ВАС («801уеп! )хе(!пес( Соа1») в базовом варианте 5КС-1 проводится при температуре в реакторе 425 — 470 С, давлении 7 — !О МПа и времени пребывания в зоне реакции ГАЗО мин. Главным продуктом процесса является очищенный от серы угольный экстракт, затвердевающий при температуре 150 †200 'С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
