Переработка нефти каменного угля

Запасы каменного угля в природе значительно превышают запасы нефти. Из 3,5 триллиона тонн органического топлива, которое можно извлечь из земных недр, 80% составляет уголь. В нашей стране находится половина всех мировых запасов угля.

Каменный уголь — сложная смесь органических веществ, которые образо­вались в результате разложения древесных и растительных остатков в те­чение миллионов лет. Переработка каменного угля идет по трем основным направлениям: кок­сование, гидрирование и неполное сго­рание.

Коксование угля осуществляется в коксовых печах, представляющих собой камеры, в верхней части которых нахо­дятся отверстия для загрузки угля (рис. 5). Камеры отделены друг от друга отопительными простенками. В них сжигается газ, предварительно подогретый в регенераторах, которые расположены под камерами.

1 — газосборник для продуктов конден­сации; 2 — отвод летучих продуктов коксова­ния; 3 — люк для загрузки угля; 4 — камеры коксования;

5 — отопительные простенки; 6 — регенераторы (теплообменники) для нагрева топливного газа и воздуха

Темпера­тура в камерах 1000–1200°С. При этой температуре без доступа воздуха каменный уголь подвергается сложней­шим химическим превращениям, в ре­зультате которых образуются кокс и летучие продукты. Коксование камен­ного угля — периодический процесс: после выгрузки кокса в камеру загру­жается новая порция угля. Получен­ный кокс гасят водой. Остывший кокс отправляют на металлургические заво­ды, где он используется в качестве восстановителя при производстве чу­гуна. При охлаждении летучих продук­тов (коксовый газ) конденсируются каменноугольная смола и аммиачная вода. Несконденсированными остаются аммиак, бензол, водород, метан, оксид углерода (II), азот, этилен и другие вещества. Пропуская эти газы через раствор серной кислоты, выделяют аммиак в виде сульфата аммония. Сульфат аммония используют как азот­ное удобрение. Бензол поглощают растворителем, а затем отгоняют из раствора. После отделения от аммиака и бензола коксовый газ используют в качестве топлива или как химическое сырье. Каменноугольная смола образу­ется в незначительных количествах (до 3%). Но, учитывая масштабы произ­водства кокса, каменноугольная смола рассматривается как сырье для про­мышленного производства целого ряда органических веществ. Из каменно­угольной смолы получают бензол и его производные, нафталин, фенол и другие ароматические соединения. Основные продукты, получаемые при коксовании угля, представлены на схеме (рис. 6).

Если от смолы отогнать продукты, кипящие до 350°С, то остается твердая масса — пек. Он применяется для изго­товления лаков (пековый лак), незаме­нимых при окрашивании железных и деревянных конструкций.

Гидрирование угля осуществляется при температуре 400–600°С под дав­лением водорода до 25 МПа в присутствии катализатора. При этом обра­зуется смесь жидких углеводородов, которая может быть использована как моторное топливо. Достоинством этого метода является возможность гидриро­вания низкосортного дешевого бурого угля, запасы которого в нашей стране огромны.

Неполное сгорание угля дает оксид углерода (II). На катализаторе (ни­кель, кобальт) при обычном или повы­шенном давлении из водорода и оксида углерода (II) можно получить бензин, содержащий предельные и непредель­ные углеводороды:

Д. И. Менделеевым предложен про­грессивный способ превращения угля в газообразное топливо путем его газификации непосредственно в месте зале­гания (под землей). В настоящее время в нашей стране и за рубежом прово­дятся работы по подземной газифика­ции каменного угля.

Исследования показали, что этим методом из угля можно получить до 40% метана, 45% кокса и 3% жидкого топлива.

Если сухую перегонку угля (а также древесины или торфа) проводить при 500–550°С, то получают деготь, кото­рый наряду с битумом используется в строительном деле в качестве свя­зующего материала при изготовлении кровельных, гидроизоляционных покры­тий (рубероид, толь и т. д.).

Http://helpiks. org/5-112475.html

При переработке каменного угля решающее значение имеют его свойства и поведение при нагревании. Были разработаны многочисленные методы исследования поведения углей различного назначения. При сжигании угля интерес представляют только его влажность, зольность, содержание летучих веществ и теплотворная способность. Для процессов коксования, полукоксования и газификации имеют значение другие показатели: протекание процесса газовыделения, выход углеводородов, содержание битуминозных веществ, размягчаемость и давление вспучивания при нагревании. Зола ( 3 – 8 %) частично состоит из минеральных компонентов исходных растений, эту часть золы нельзя удалить. Большая часть золы внесена в уголь перекрывающими породами и почвой угольного пласта и может быть удалена описанными ранее способами ( стр. От количества и характера золы зависит процесс шлакообразования.  [16]

Основным процессом переработки каменных углей является коксование. Переработкой угля путем коксования с одновременным получением химических продуктов занимается коксохимическая промышленность.  [17]

Основным методом переработки каменного угля является коксование. В процессе коксования уголь нагревают без доступа воздуха до 900 – 1050 С. При этом образуются летучие вещества и твердый остаток – кокс.  [18]

Из продуктов переработки каменного угля для синтеза соединений жирного ряда используют коксовый ( коксовальный) газ и генераторные газы. Сюда же можно отнести ацетилен, получаемый главным образом из карбида кальция, для производства которого применяются кокс и антрацит.  [19]

Кокс ( продукт переработки каменного угля ) является главным топливом в доменной печи, но при подаче в печь смеси ггряродного газа и кислорода расход кокса уменьшается. Тажимс образом, подключение газа позволяет снизить производственные расходы и повысить производительность доменных печген.  [20]

Полученный изобретателем продукт переработки каменного угля получил название карболит.  [21]

Циклопентадиен получают из продуктов переработки каменного угля или продуктов пиролиза нефти.  [22]

Несмотря на большой масштаб переработки каменного угля на кокс и каменноугольную смолу, коксохимическая промышленность уже не может полностью удовлетворить потребности химической промышленности в ароматических углеводородах.  [23]

Коксование, или процесс переработки каменного угля при нагревании до 950 – 1000 С без доступа воздуха, осуществляется в коксовых печах, представляющих собой в конструктивном отношении сложные теплотехнические сооружения.  [24]

Несмотря на большой масштаб переработки каменного угля на кокс и каменноугольную смолу коксохимическая промышленность уже не может полностью удовлетворить потребности химической промышленности в ароматических углеводородах.  [25]

Синтетические полимеры получают при переработке каменного угля, природного и промышленного газа, нефти и других видов сырья.  [26]

Коксование, как химический процесс переработки каменных углей, возникло в связи с развитием металлургической промышленности, в частности доменного процесса, нуждающегося в прочном топливе, содержащем незначительное количество ле-тучкх веществ.  [27]

Искусственные смолы получают из продуктов переработки каменного угля, нефти и другого естественного сырья. Термореактивные смолы после первого же нагрева превращаются в неплавкие и нерастворимые продукты и не поддаются повторной переработке, так как претерпевают химический процесс – полимеризацию. В результате полимеризации образуются полимеры.  [28]

Бензол впервые был выделен из продуктов переработки каменного угля в 1825 г. Установление его строения долгое время представляло трудноразрешимую задачу.  [29]

Стирол получают из бензола, являющегося продуктом переработки каменного угля или нефти, и этиленового газа.  [30]

Http://www. ngpedia. ru/id251626p2.html

Каменный уголь. Переработка каменного угля идет по трем основным направлениям: коксование, гидрирование и неполное сгорание. Коксование происходит в коксовых печах при температуре 1000–1200°С. При этой температуре без доступа кислорода каменный уголь подвергается сложнейшим химическим превращениям, в результате которых образуется кокс и летучие продукты. Остывший кокс отправляют на металлургические заводы. При охлаждении летучих продуктов (коксовый газ) конденсируются каменноугольная смола и аммиачная вода. Несконденсированными остаются аммиак, бензол, водород, метан, СО2, азот, этилен и др. Пропуская эти продукты через раствор серной кислоты выделяют сульфат аммония, который используется в качестве минерального удобрения. Бензол поглощают растворителем и отгоняют из раствора. После этого коксовый газ используется как топливо или как химическое сырье. Каменноугольная смола получается в незначительных количествах (3%). Но, учитывая масштабы производства, каменноугольная смола рассматривается как сырье для получения ряда органических веществ. Если от смолы отогнать продукты, кипящие до 350°С, то остается твердая масса – пек. Его применяют для изготовления лаков. Гидрирование угля осуществляется при температуре 400–600°С под давлением водорода до 25 МПа в присутствии катализатора. При этом образуется смесь жидких углеводородов, которая может быть использована как моторное топливо. Достоинством этого метода является возможность гидрирования низкосортного бурого угля. Неполное сгорание угля дает оксид углерода (II). На катализаторе (никель, кобальт) при обычном или повышенном давлении из водорода и СО можно получить бензин, содержащий предельные и непредельные углеводороды:

Если сухую перегонку угля проводить при 500–550°С, то получают деготь, который наряду с битумом используется в строительном деле как связующий материал при изготовлении кровельных, гидроизоляционных покрытий (рубероид, толь и др.).

На сегодняшний день существует серьезная опасность экологической катастрофы. На земле практически нет места, где природа не потерпела бы от деятельности промышленных предприятий и жизнедеятельности человека. При работе с продуктами перегонки нефти нужно следить, чтобы они не попадали в почву и водоемы. Почва, пропитанная нефтепродуктами, теряет плодородие на многие десятки лет, и его очень трудно восстановить. Только за 1988 г. при повреждении нефтепроводов в одно из крупнейших озер попало около 110000 т нефти. Известны трагические случаи слива мазута и нефти в реки, в которых происходит нерест ценных пород рыб. Серьезную опасность загрязнения воздуха представляют ТЭС, работающие на угле, – они являются основным источником загрязнения. Отрицательно воздействуют на водоемы ГЭС, работающие в равнинах рек. Хорошо известно, что автомобильный транспорт сильно загрязняет атмосферу продуктами неполного сгорания бензина. Перед учеными стоит задача к минимуму сократить степень загрязнения окружающей среды!

Абсорбционные оптические методы. Атомно-абсорбционный анализ. Молекулярно-абсорбционный анализ. Фотометрия (колориметрия, фотоколориметрия, спектрофотометрия) Методы анализа, о.

Метанол известен очень давно, его обнаружили когда перегоняли древесину, примерно в 17 веке. Именно процесс сухой перегонки и оставался долгое время единственным способом его получения. .

Http://www. chemicalnow. ru/chemies-5408-2.html

1. Природные источники углеводородов: газ, нефть, каменный уголь. Их переработка и практическое применение.

Основными природными источниками углеводородов являются нефть, природный и попутный нефтяной газы и каменный уголь.

Природный газ – смесь газов, основным компонентом которой является метан, остальное приходится на долю этана, пропана, Бутана, и небольшого количества примесей – азота, оксида углерода (IV), сероводорода и паров воды. 90% его расходуется в качестве топлива, остальные 10% используют как сырье для химической промышленности: получение водорода, этилена, ацетилена, сажи, различный пластмасс, медикаментов и др.

Попутный нефтяной газ – это тоже природный газ, но он встречается вместе с нефтью – находится над нефтью или растворен в ней под давлением. Попутный газ содержит 30 – 50% метана, остальная часть приходится на его гомологи: этан, пропан, бутан и другие углеводороды. Кроме того, в нем присутствуют те же примеси, что и в природном газе.

1. Газовый бензин; его добавляют к бензину для улучшения запуска двигателя;

3. Сухой газ; используют для получения ацителена, водорода, этилена и других веществ, из которых в свою очередь производят каучуки, пластмассы, спирты, органические кислоты и т. д.

Нефть – маслянистая жидкость от желтого или светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она легче воды и в ней практически нерастворима. Нефть представляет собой смесь примерно 150 углеводородов с примесями других веществ, поэтому у нее нет определенной температуры кипения.

90% добываемой нефти используется как сырье для производства различных видов топлива и смазочных материалов. В то же время нефть – ценное сырье для химической промышленности.

Нефть, добываемую из земных недр, называю сырой. В сыром виде нефть не применяют, ее подвергают переработке. Сырую нефть очищают от газов, воды и механических примесей, а затем подвергают фракционной перегонке.

Перегонка – процесс разделения смесей на отдельные компоненты, или фракции, на основании различия их температур кипения.

1. Газовая фракция (tкип = 40°С) содержит нормальные и разветвленные алканы СН4 – С4Н10;

2. Бензиновая фракция (tкип = 40 – 200°С) содержит углеводороды С5Н12 – С11Н24; при повторной перегонке из смеси выделяют легкие нефтепродукты, кипящие в более низких интервалах температур: петролейный эфир, авиационный и автомобильный бензин;

3. Лигроиновая фракция (тяжелый бензин, tкип = 150 – 250°С), содеожит углеводороды состава С8Н18 – С14Н30, применяют в качестве горючего для тракторов, тепловозов, грузовых автомобилей;

4. Керосиновая фракция (tкип = 180 – 300°С) включает углеводороды состава С12Н26 – С18Н38; ее используют в качестве горючего для реактивных самолетов, ракет;

5. Газойль (tкип = 270 – 350°С) используют как дизельное топливо и в больших масштабах подвергается крекингу.

После отгонки фракций остается темная вязкая жидкость – мазут. Из мазута выделяют соляровые масла, вазелин, парафин. Остаток от перегонки мазута – гудрон, его применяют при производстве материалов для дорожного строительства.

1. Крекинг – расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие. Различают термический и каталитический крекинг, который более распространен в настоящее время.

2. Риформинг (ароматизация) – это превращение алканов и циклоалканов в ароматические соединения. Этот процесс осуществляют путем нагревания бензина при повышенном давлении в присутствии катализатора. Риформинг применяют для получения из бензиновых фракций ароматических углеводородов.

3. Пиролиз нефтепродуктов проводят нагреванием нефтепродуктов до температуры 650 – 800°С, основными продуктами реакции являются непредельные газообразные и ароматические углеводороды.

Нефть – сырье для производства не только топлива, но и многих органических веществ.

Каменный уголь так же является источником энергии и ценным химическим сырьем. В состав каменного угля в основном органические вещества, а также вода, минеральные вещества, при сжигании образующие золу.

Одним из видов переработки каменного угля является коксование – это процесс нагревания угля до температуры 1000°С без доступа воздуха. Коксование угля проводят в коксовых печах. Кокс состоит из практически чистого углерода. Его используют в качестве восстановителя при доменом производстве чугуна на металлургических заводах.

Летучие вещества при конденсации каменноугльную смолу (содержит много различных органических веществ, из них большая часть – ароматические), аммиачную воду (содержит аммиак, соли аммония) и коксовый газ (содержит аммиак, бензол, водород, метан, оксид углерода (II), этилен, азот и другие вещества).

Http://studopedia. org/8-50226.html

1) Низкотемпературная перегонка угля (швелевание, полукоксование). При этом способе уголь нагревают в специальных печах без доступа воздуха до температуры равной 500-600 °С. Цель – получение смолы и бензина. Смолы получают больше, чем при коксовании (до 10% к весу угля); так как отсутствуют вторичные пиролитические процессы, то в смоле содержится больше фенолов, нет бензола, конденсированных ароматических соединений. В ней содержатся алканы и алкены, циклические углеводороды. Отгоняемый бензин близок по составу к нефтяному крекинг-бензину. Кроме бензина, при разгонке смолы получают несколько сортов масел и пек. Выходы газа при этом процессе небольшие и его состав отличается от состава коксового газа (табл. 9)

Из 1 тонны угля получают 50-80 м³ швельгаза и до 10-15 грамм бензина. Первичная обработка швельгаза сходна с обработкой коксового газа. Твердый остаток – полукокс. Используется как топливо, содержит 7-11% летучих веществ.

2) Газификация углей. Газификацией твердого топлива называют искусственное превращение его органической части в горючие газы при помощи воздуха, водяного пара, других газов при высоких температурах. Газификация – удобный способ превращения в горючие газы низких сортов топлива. Газификация осуществляется в аппаратах, называющимися газогенераторами.

Смесь воздуха и водяного пара поступает через колосниковую решетку и слой шлака в зону горения, где уголь сгорает, выделяя тепло и давая CO2.

Затем газы поступают в зону восстановления, где контактируют с раскаленным углем:

Горячие газы далее поступают в зону сухой перегонки, где, соприкасаясь с углем, нагревают его, вызывая процессы термического разложения. Здесь газ обогащается высококалорийными веществами – углеводородами и кислородосодержащей органикой.

В самой верхней части газы подсушивают поступающее сверху топливо и выводятся наружу – на синтез (спиртов, горючего, аммиака и так далее). Таким образом, в промышленности получают в больших объемах «водяной газ».

Современные методы основаны на использовании газогенераторов с «кипящим» слоем частиц угля.

При подаче в газогенератор воды получают «Водяной газ», который обладает высокой калорийностью и является ценным сырьем для синтеза органических соединений.

Если в газогенератор подают воздух, получают так называемый «воздушный газ», содержащий примерно 65% азота, мало водорода, он обладает низкой калорийностью.

При подаче смеси воздуха и водяного пара получают так называемый «генераторный газ». Он содержит примерно 50% балласта (N2, CO2) обладает низкой теплотворной способностью (900-1500 ккал/м³) и используется на производстве как топливо. Разработан также способ получения высококалорийного газа из низкосортного твердого топлива – газификация угля под давлением. Процесс ведут под давлением 20-25 атмосфер, подается водяной пар с кислородом, образуется «водяной газ» (CO + H2), компоненты которого при таком давлении и температуре равной 700-800 ° вступают в реакцию между собой и углем:

2CO + 2H2 CH4 + CO2

C + 2H2 CH4

3) Подземная газификация угля. Впервые эту идею высказал ещё Д. И. Менделеев. Принцип этого метода заключается в нагревании твердого топлива внутри земли, непосредственно на месте его залегания с подведением по трубам воздуха или кислорода. На другом конце обрабатываемого участка по трубам выводятся горючие газы, получившиеся в результате газификации. Преимущества этого способа очевидны – сокращение объема подземных работ, нет необходимости поднимать на поверхность огромные массы угля и особенно балластных пород, удобство передачи газа на большие расстояния.

4) Гидрогенизация угля. Гидрогенизация угля – это процесс получения из каменного угля жидкого топлива. В основу положен метод получения углеводородов по Бергиусу:

Паста, состоящая из мелких частиц угля, тяжелого масла и катализатора подается в реактор. Туда же подают водород, поддерживает нужное давление и температуру. Образуется жидкий и немного газообразного продукта. Жидкие продукты разделяют на ректификационной колонне, выделяя легкую фракцию – бензин, среднюю фракцию – смазочные масла и тяжелую фракцию «тяжелое» масло, которое идет на приготовление исходной реагентной пасты. В жидкие масла переходит 60-65% органической массы угля, а остальные 35% обычно превращаются в углеводородные газы, которые могут быть использованы для химических синтезов или в качестве моторного топлива. Промышленное оформление процесса гидрирования твердых топлив очень сложно, так как необходимо применение особых сталей и специальных аппаратов из-за высоких давлений и температур и наличие водорода.

1. Рассчитайте объем воздуха (н. у.), необходимый для сжигания 100 кг каменного угля, содержащего 85 мас.% углерода.

2. Большее количество теплоты выделится при сжигании: а) бурого угля; б) антрацита; в) каменного угля; г) торфа.

4. Какие продукты можно получить при термическом и каталитическом крекинге нефти?

5. Для получения водорода из метана используют процесс конверсии. Укажите условия протекания этого процесса и запишите уравнение реакции.

Стехиометрия – это раздел химии, исследующий количественные изменения, происходящие при химических реакциях. Термин «стехиометрия» введённый И. Рихтером, происходит от греческого слова «стехион» означающий «элементарный состав» и «метрей» (измерять). Основные усилия химиков XVIII и XIX веков были посвящены определению весовых соотношений элементов в веществах, что привело к накоплению современных знаний об атомных массах и к открытию новых элементов.

Стехиометрия имеет фундаментальное значение в современной химии. Она является основой количественного химического анализа. В химической промышленности знание стехиометрии необходимо для правильного ведения технологического процесса определения выхода химических продуктов и эффективности химических процессов. Стехиометрические методы также позволяют биохимикам прослеживать метаболические процессы, протекающие в живых организмах, например, процесс выделения энергии в их клетках.

В химических реакциях одно или несколько веществ изменяют свой состав, давая новые вещества. Вещества, подвергающиеся превращению, называются реагентами, а вновь образующиеся вещества – продуктами. Тогда любая химическая реакция может быть записана в виде:

В основе всех количественных химических расчетов лежат несколько основных законов химии.

1) Закон сохранения массы (материи) (Ломоносов-Лавуазье, 1756; 1785 гг). Современная формулировка этого закона такова: «Масса реагентов равна массе продуктов реакции». Общая масса участников реакции остается неизменной.

Масса вещества в системе СИ измеряется в килограммах, в химической практике – в мг, г, в химической технологии – в тоннах (т).

2) Закон постоянства состава (Пруст): «Химический состав вещества не зависит от способа его получения. Каким бы способом не было получено вещество, его качественный и количественный состав постоянен».

3) Закон кратных отношений (Дальтон): «Если два элемента образуют несколько соединений, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу атомов другого элемента, относятся между собой как небольшие целые числа»

Эти законы послужили основой для развития химии как количественной науки. В химических лабораториях, в химической промышленности обычно имеют дело с макроколичествами веществ, каждое из которых состоит из множества простых химических частиц (атомов, ионов, молекул).

Количественную связь между макро и микрообластью химии устанавливает понятие «количество вещества» – это физико-химическая величина, характеризующая макропорцию вещества. Единица количества вещества – моль.

Моль – это количество вещества, содержащее столько же структурных единиц, сколько их содержится в 12 г изотопа С 12 .

В 1 моле любого вещества содержится 6,02·10 23 структурных единиц, например, 1 моль алюминия содержит 6,02·10 23 атомов алюминия и в 1 моле серной кислоты содержится 6,02·10 23 молекул H2SO4.

Молярная масса вещества – это отношение массы некоторой порции вещества к количеству вещества в этой порции:

, где

Численно молярная масса простого одноатомного вещества совпадает с относительной атомной массой элемента, а для соединения – с его относительной молекулярной массой.

Http://cyberpedia. su/9xc662.html

Творческая группа ученых из челябинской инновационной компании «Оптимальные решения» и миасских конструкторов из ГРЦ преподнесла сенсацию общероссийского масштаба – создала нанотехнологию производства синтетических нефтепродуктов из каменноугольного сырья. Причем их себестоимость – в разы дешевле «естественных»!

Производство жидкого моторного топлива из угля – в общем-то дело не новое. Еще в прошлом веке была изобретена технология превращения угля пыли в газ, а затем синтеза нефтепродуктов под давлением на основе так называемого процесса Фишера-Тропша. Другой путь – технология прямого сжижения угля, разработанная в начале XX века немецким химиком Бергиусом. Таким образом, во Вторую мировую немцы, поскольку в Германии нефти нет, получали из угля бензин для своих танков. По этому пути в годы апартеида в условиях международных санкций вынуждены были пойти и в ЮАР. Сегодня эти методы усовершенствуют в Японии, Китае и других странах, но широкого международного распространения они не получили из-за дороговизны и громоздкости оборудования.

“Но наша технология производства нефтепродуктов из угля в корне отличается от традиционной”, – говорит один из ее разработчиков начальник отдела нестандартного оборудования Государственного ракетного центра (Миасс) Игорь Якупов.

“Главное отличие в том, что здесь нет газовой стадии, как и вредных выбросов. Если раньше для насыщения угля водородом нужно было обеспечить высокие давления – не менее 60-100 атмосфер и температуру – более 600 градусов, с добавлением катализатора, то теперь все гораздо дешевле и проще. Нет необходимости строить целые заводы с гигантским производственным циклом, нести огромные расходы – наше оборудование куда меньше и займет площадку всего 40 на 40 метров. Уже изготовлены лабораторные образцы модулей по переработке угля в водно-угольную смесь и в моторное топливо. Они позволяют дешевый бурый уголь (в мире запасы таких углей в разы больше, чем коксующихся) переработать в аналог нефти, а затем в моторное топливо – бензин, дизтопливо и мазут. Причем себестоимость синтетического горючего, по нашим расчетам, будет втрое меньше получаемого обычным путем”.

По словам Игоря Якупова, ноу-хау особенно высокую отдачу обещает при малых объемах производства. Низкобюджетная мобильная установка вполне применима даже в условиях Крайнего Севера, куда горючее приходится везти за тысячи километров. Ее можно поставить вблизи мест добычи угля – например, у Коркинского разреза, и прямо на месте вырабатывать дизтопливо и бензин. Такие передвижные установки вполне возможно применять и для утилизации угольных шламов, отвалов – в плюсе будет и экология, и производство. Возможности практически безграничны – это и сельское хозяйство, малая энергетика, ЖКХ…

«Уйти от высоких температур, химических катализаторов и давления позволяет обработка водно-угольной смеси в проточно-кавитационных реакторах, – сообщил Игорь Якупов. – Как результат – высокий выход продукции: в нефть превращается более половины угольной массы. Над решением этой сложнейшей задачи работает наша творческая группа. У нас целый «научный колхоз»: тесно сотрудничаем с учеными МГУ, Института имени Губкина, Новокузнецка, Новосибирского института катализа имени Борескова, Томского института Сибирского отделения Российской академии наук. К примеру, я занимаюсь конструкторскими вопросами, технологическим оборудованием – ученый из Томского института сильноточной электроники Владимир Кривоносенко, дисперсным измельчением угля – химик Владимир Баев из Новосибирской строительной академии, а наносоставляющей – Михаил Астахов из наноцентра Московского института стали и сплавов. Дело в том, что процесс происходит на наноуровне, когда молекулы угля «сращиваются» с молекулами водорода. На наше изобретение в 2010 году был получен патент, но чтобы войти в федеральную программу РОСНАНО, нужно теоретически доказать, что это именно нанотехнология. После этого мы планируем представить свой проект в Сколково, чтобы получить помощь от государства и выйти на промышленный масштаб».

По мнению сотрудника ГРЦ Якупова, при дальнейшем усовершенствовании «угольного бензина» есть резон использовать и элементы космических технологий. Сам он награжден Знаком отличия Юрия Гагарина, медалями Роскосмоса, в свое время не раз ездил на космодром Байконур, где запускали сконструированные в Миассе научно-исследовательские спутники. К примеру, контролировал работу космического аппарата «Компас» для мониторинга сейсмоситуации земной коры и предсказания землетрясений. А в середине 90-х как представитель ГРЦ сотрудничал с Германским космическим агентством и Берлинским техническим университетом по созданию космических аппаратов.

К слову, синтетическое горючее и космос «вполне совместимы». Ученые считают, что в перспективе, наряду с автотранспортом, это дешевое топливо можно будет использовать и в ракетной технике, авиации, где применяется керосин – это одна из фракций «угольных нефтепродуктов». Значит, появится возможность существенно удешевить и авиаперевозки, сделать их доступными и для пассажиров со средним достатком.

И все-таки, в чем особенность миасской технологии, за счет чего ученые добились таких потрясающих результатов?

По словам Игоря Якупова, изюминка новой технологии – в кавитационном поле, процессе закипания жидкости при механическом воздействии. При кипении энергия схлопывания пузырьков в 40 раз больше энергии, необходимой для их образования. При этом даже без сверхвысоких температур и давления создаются условия для реакции сжижения угля и синтеза жидкого продукта. Кавитационные насосы уже применяются в теплогенераторах для нагрева жидкости, причем разработчики утверждают, что КПД чудо-технологии якобы выше 100 процентов! С этим ученые не согласны (рассчитывать КПД можно по-разному), но факт налицо: «кавитационная энергия», затраченная на привод прибора, меньше, чем необходимая на нагрев жидкости. Раньше этот принцип использовался только для измельчения угля, применяемого в качестве воднотоплива для паротурбин ТЭЦ, а авторы ноу-хау пошли дальше – использовали его для синтеза нефтепродуктов.

Ученые поясняют, что для этого они воздействовали на смесь токами высокой частоты, а также с помощью электрического ударного эффекта, открытого в 70-х годах прошлого века украинским ученым Юткиным. При прохождении разряда тока через жидкость происходит преобразование электрической энергии в механическую – своего рода ударная волна. Она-то, работая на наноуровне, и разрушает молекулярную структуру угля, насыщая ее водородом.

«Лабораторная стадия у нас в целом завершена, – продолжает Игорь Якупов. – Уже получены дизтопливо и бензин, вполне соответствующие российским ГОСТам. На них в Кемеровской области, где смонтированы экспериментальные установки, уже проехались трактора и машины. Мы продолжаем усовершенствовать синтетический бензин, чтобы он был экологически чистым, соответствовал зарубежным стандартам «Евро». Но главное, на очереди – производственная стадия. Перспективы самые обнадеживающие (такой бензин, по прогнозам, будет стоить 7-8 рублей за литр), но все упирается в деньги. Для создания промышленной установки нужно 3-4 миллиона долларов, а в целом на реализацию инвестпроекта – десятки миллионов. Но наши потенциальные инвесторы пока не спешат вкладывать средства, и дело замедлилось. И все же мы не теряем надежды, ведем переговоры. К нашему проекту уже проявляют интерес в Казахстане, Кыргызстане, Узбекистане, появились и челябинские партнеры, такие как компании «Минигидро», «Оптимальные решения»».

По мнению разработчиков технологии «угольных нефтепродуктов», за ними будущее. Они обладают целым рядом преимуществ и по сравнению с «модным» на Западе биотопливом – не нужно использовать ценное пищевое сырье, которое лучше применять для производства продуктов, на корм скоту. Да и затраты небольшие, и почти никакого ущерба для экологии! Мало того, в перспективе планируется вырабатывать из угля не только моторное топливо, но и самый широкий спектр синтетических углеводородов – ценное полимерное сырье для легкой промышленности, электронной, оборонной и прочих отраслей.

Особенно ценной использование этой технологии может стать на Южном Урале, где угольные месторождения далеко не исчерпаны, при этом из-за нерентабельности — следствие низкой цены бурого угля – многие шахты и разрезы закрываются. Если такой уголек превратить в горючее, другую востребованную на рынке продукцию, думается, ситуация может кардинально измениться…

Http://sdelanounas. ru/blogs/49537/

Запасы каменного угля в природе значительно превышают запасы нефти. Из 3,5 триллиона тонн органического топлива, которое можно извлечь из земных недр, 80% составляет уголь. В нашей стране находится половина всех мировых запасов угля.

Каменный уголь — сложная смесь органических веществ, которые образо­вались в результате разложения древесных и растительных остатков в те­чение миллионов лет. Переработка каменного угля идет по трем основным направлениям: кок­сование, гидрирование и неполное сго­рание.

Коксование угля осуществляется в коксовых печах, представляющих собой камеры, в верхней части которых нахо­дятся отверстия для загрузки угля (рис. 5). Камеры отделены друг от друга отопительными простенками. В них сжигается газ, предварительно подогретый в регенераторах, которые расположены под камерами.

1 — газосборник для продуктов конден­сации; 2 — отвод летучих продуктов коксова­ния; 3 — люк для загрузки угля; 4 — камеры коксования;

5 — отопительные простенки; 6 — регенераторы (теплообменники) для нагрева топливного газа и воздуха

Темпера­тура в камерах 1000–1200°С. При этой температуре без доступа воздуха каменный уголь подвергается сложней­шим химическим превращениям, в ре­зультате которых образуются кокс и летучие продукты. Коксование камен­ного угля — периодический процесс: после выгрузки кокса в камеру загру­жается новая порция угля. Получен­ный кокс гасят водой. Остывший кокс отправляют на металлургические заво­ды, где он используется в качестве восстановителя при производстве чу­гуна. При охлаждении летучих продук­тов (коксовый газ) конденсируются каменноугольная смола и аммиачная вода. Несконденсированными остаются аммиак, бензол, водород, метан, оксид углерода (II), азот, этилен и другие вещества. Пропуская эти газы через раствор серной кислоты, выделяют аммиак в виде сульфата аммония. Сульфат аммония используют как азот­ное удобрение. Бензол поглощают растворителем, а затем отгоняют из раствора. После отделения от аммиака и бензола коксовый газ используют в качестве топлива или как химическое сырье. Каменноугольная смола образу­ется в незначительных количествах (до 3%). Но, учитывая масштабы произ­водства кокса, каменноугольная смола рассматривается как сырье для про­мышленного производства целого ряда органических веществ. Из каменно­угольной смолы получают бензол и его производные, нафталин, фенол и другие ароматические соединения. Основные продукты, получаемые при коксовании угля, представлены на схеме (рис. 6).

Если от смолы отогнать продукты, кипящие до 350°С, то остается твердая масса — пек. Он применяется для изго­товления лаков (пековый лак), незаме­нимых при окрашивании железных и деревянных конструкций.

Гидрирование угля осуществляется при температуре 400–600°С под дав­лением водорода до 25 МПа в присутствии катализатора. При этом обра­зуется смесь жидких углеводородов, которая может быть использована как моторное топливо. Достоинством этого метода является возможность гидриро­вания низкосортного дешевого бурого угля, запасы которого в нашей стране огромны.

Неполное сгорание угля дает оксид углерода (II). На катализаторе (ни­кель, кобальт) при обычном или повы­шенном давлении из водорода и оксида углерода (II) можно получить бензин, содержащий предельные и непредель­ные углеводороды:

Д. И. Менделеевым предложен про­грессивный способ превращения угля в газообразное топливо путем его газификации непосредственно в месте зале­гания (под землей). В настоящее время в нашей стране и за рубежом прово­дятся работы по подземной газифика­ции каменного угля.

Исследования показали, что этим методом из угля можно получить до 40% метана, 45% кокса и 3% жидкого топлива.

Если сухую перегонку угля (а также древесины или торфа) проводить при 500–550°С, то получают деготь, кото­рый наряду с битумом используется в строительном деле в качестве свя­зующего материала при изготовлении кровельных, гидроизоляционных покры­тий (рубероид, толь и т. д.).

Http://studfiles. net/preview/5760926/page:6/

Просмотров: 2260 Комментариев: 4 Оценило: 2 человек Средний балл: 3.5 Оценка: неизвестно Скачать

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЯХ И МЕТОДАХ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ. 5

За многие миллионы лет природа накопила богатейшие запасы углерода в виде угля, нефти и природного газа. Сейчас эти ископаемые виды топлива используются человечеством для получения энергии и химических продуктов.

В конце прошлого – начале нынешнего века большинство продуктов органической химии производилось из каменных углей. По мере увеличения добычи нефти химические вещества угольного происхождения начали вытесняться продуктами нефтехимического синтеза, производимыми более простыми и менее энергоемкими методами. Однако оценка разведанных мировых запасов различных видов ископаемого органического сырья приводит к выводу о том, что месторождения нефти и газа будут в значительной степени исчерпаны уже в первые десятилетия XXI века. Запасов же угля должно хватить на ближайшие несколько сот лет. Вывод о необходимости постоянного увеличения масштабов использования угля в энергетике и промышленности подтверждается данными по сопоставлению запасов нефти, газа, угля и сложившейся в настоящее время структурой их мирового потребления (рис. 1).

Таким образом, уголь выступает в качестве "моста в будущее" мировой цивилизации (по терминологии К. Л. Уилсона [1]), обеспечивая плавный переход от ископаемого органического сырья к новым источникам энергии – солнечной, ядерной и другими недоступными пока человечеству принципиально новым видам энергии.

Увеличение потребления ископаемых углей будет сопровождаться ростом экологической нагрузки на окружающую среду, поскольку при сжигании и переработке угля образуется больше вредных побочных продуктов по сравнению с нефтью и газом. Снижение ущерба окружающей среде от угольной энергетики может быть достигнуто путем перехода к использованию экологически более безопасных видов топлива угольного происхождения. К ним относится облагороженный или "чистый уголь", синтетические газообразные и жидкие топлива, полученные путем химической переработки угля. Выбросы вредных веществ при использовании этих синтетических топлив значительно ниже, чем в случае применения рядового угля.

Основными недостатками известных технологий химической переработки углей по сравнению с технологиями нефтепереработки и нефтехимии являются относительно низкая производительность и жесткие условия их осуществления (высокие температура и давление). Для устранения указанных недостатков в углепереработке все шире применяются катализаторы и новые каталитические процессы, позволяющие получать из угля разнообразные продукты топливного и химического назначения [2]. Разрабатываемые в настоящее время новые каталитические процессы химической переработки угля приведены на схеме:

К основным из них относятся процессы пиролиза, газификации и гидрогенизации угля. Для осуществления каталитических превращений угля применяются две основные группы методов. Одна из них включает каталитические превращения на границе раздела фаз поверхность угля-катализатор. Другая группа методов отличается тем, что каталитические превращения угля происходят по механизму опосредованного катализа путем передачи действия катализатора через жидкие или газообразные компоненты реакционной среды по схеме:

К настоящему времени предложены разнообразные способы применения катализаторов в процессах превращения углей [3]. Основные из них приведены на рис. 2. Наиболее хороший контакт достигается при введении катализатора в уголь методами химического связывания с реакционноспособными группами (например, – СООН, – СН2ОН) на поверхность угля, внедрения в объем угольного вещества, а также при использовании катализаторов в растворенном, расплавленном или летучем состояниях.

Осуществление каталитических процессов переработки угля по механизму опосредованного катализа значительно упрощает их технологию. В этих случаях удается достичь высокой эффективности процесса, применяя механические смеси измельченного или суспендированного в жидкой среде твердого катализатора и угля, а также стационарный или кипящий слой частиц катализаторов.

Ископаемые угли представляют собой природные полимеры, состав и структура которых меняется в зависимости от возраста угля. Высокомолекулярная структура угля состоит из ароматических, гидроароматических, гетероциклических и алифатических фрагментов, различных функциональных групп. Эти фрагменты связаны между собой разнообразными способами, в том числе посредством алифатических связей углерод-углерод, углерод-кислород, углерод-азот, углерод-сера. Для более молодых бурых углей характерно более высокое содержание гетероатомов (прежде всего кислорода) по сравнению с каменными углями, в составе которых преобладают конденсированные полиароматические фрагменты. Макромолекулы угольной структуры могут соединяться между собой с помощью электроно-донорно-акцепторных взаимодействий.

Одна из возможных структур угля приведена на рис. 3. Из функциональных групп в угле обычно превалируют кислородсодержащие группы, входящие в состав фенолов, карбоновых кислот, спиртов, эфиров и карбонильных соединений. Наряду с органической массой в ископаемом угле присутствует минеральная часть, представленная такими элементами, как кремний, алюминий, кальций, железо и другие. В целом состав ископаемых углей более сложен, чем нефти, и может существенно различаться даже в пределах одного угольного месторождения.

Целью большинства процессов химической переработки угля (за исключением получения углеродных материалов) является его преобразование в низкомолекулярные органические продукты, по возможности достаточно однородного состава. Превращения угля в более привычные для химика органические соединения достигается при термической обработке и воздействии различных реагентов [4]. В процессе нагревания в первую очередь разрываются наиболее слабые алифатические цепочки, которыми связаны конденсированные ароматические структуры. Определяющий вклад в процесс деполимеризации бурых углей вносит разрыв связей углерод-кислород.

Управлять реакциями разрыва определенных связей можно путем избирательного введения металлов-катализаторов в функциональные группы угольного вещества. Например, температура разрыва алифатической связи, соединяющей два ароматических фрагмента, снижается, если катион двухвалентного металла замещает протоны двух соседних фенольных групп:

Получаемые из угля синтетические топлива могут быть твердыми, жидкими и газообразными. К твердым синтетическим топливам относится большое количество облагороженных или улучшенных топлив типа "чистый уголь", угольные брикеты, полукокс, термоуголь, автоклавированный уголь. Синтетические жидкие топлива представлены котельным топливом (заменитель нефтяного мазута), моторными топливами и метанолом. Газообразные топлива, получаемые из угля, представляют собой топливный газ, "заменитель природного газа" и синтез-газ.

Получение из угля синтетических топлив осуществляется различными методами [5, 6]. Твердое топливо с повышенной экологической чистотой получается в результате удаления из исходного угля вредных примесей, таких как сера и минеральные примеси:

Преимуществами "чистого угля" являются снижение выбросов SO2 и твердых частиц при сжигании, а также повышение теплотворной способности по сравнению с исходным углем. При получении топлива для коммунально-бытовых целей используется брикетирование угольной мелочи:

В результате происходит снижение выбросов твердых частиц при сжигании и может повышаться теплотворная способность топлива. В некоторых случаях в брикеты вводят специальные химические добавки, снижающие выход смол, сажи, серы и других вредных продуктов при сжигании.

Повышение качества бурых углей, имеющих низкую теплотворную способность из-за большого количества влаги и кислорода, достигается путем их облагораживания при пиролизе или обработке перегретым паром:

Термическое облагораживание бурого угля повышает его теплотворную способность, кроме того снижается эмиссия SO2 и NOx (для полукокса и термоугля) и могут уменьшаться выбросы твердых частиц при сжигании автоклавированного кускового угля.

Процесс газификации угля является многоцелевым относительно состава продуцируемого газа. При получении газообразных топлив выделяются три основные направления, связанные с производством топливного газа, заменителя природного газа и синтез-газа:

Состав и теплотворная способность продуцируемого газа зависят не только от режимов газификации, но и от конструкции используемого газогенератора. Применение топливного газа позволяет решать экологические и технологические проблемы в энергетике, металлургии и других отраслях промышленности. Особенностью получаемого заменителя природного газа является низкое содержание СО и, следовательно, относительно низкая токсичность, что позволяет широко применять этот газ в бытовых целях. Синтез-газ используется для химической переработки в метанол, моторные топлива или для получения водорода. Для получения жидких топлив непосредственно из угля используются процессы гидрогенизации, пиролиза, ожижения растворителями:

При получении котельного топлива (заменителя нефтяного мазута) и моторных топлив требуется дополнительное применение процессов гидропереработки жидких угольных продуктов с целью уменьшения содержания серы и других нежелательных примесей. Наиболее легко перерабатывается "угольная нефть", получаемая в процессе каталитической гидрогенизации угля.

Альтернативным направлением производства синтетических жидких топлив является совмещение процессов получения из угля синтез-газа и его химической переработки в соответствии со схемой:

Жидкие топлива из синтез-газа экологически намного безопаснее, чем топлива, получаемые прямым ожижением угля. Последние содержат высокое количество канцерогенных полициклических соединений.

До начала XX века пиролизом и коксованием каменного угля получали большинство химических продуктов. Эти процессы основаны на нагревании углей без доступа воздуха с целью их термической деструкции [6]. При этом протекают две основные группы химических реакций: деполимеризации органической массы угля с образованием органических молекул меньшей молекулярной массы и реакции вторичных превращений образующихся продуктов (конденсации, полимеризации, ароматизации, алкилирования и другие). Обе группы реакций протекают последовательно и параллельно. В конечном итоге в результате термохимических превращений образуются жидкие, газообразные и твердые продукты:

Пиролиз осуществляют в различных температурных интервалах, в зависимости от назначения получаемых продуктов. Низкотемпературный пиролиз (или полукоксование) проводится обычно при 500 – 600?С, а высокотемпературный пиролиз (или коксование) – при 900 – 1100?С. Современные процессы низкотемпературного пиролиза бурых углей ориентированы преимущественно на получение синтетического жидкого топлива и полукокса. Гидрогенизацией смол пиролиза можно получать моторные топлива, однако их стоимость пока выше, чем моторных топлив из нефти. Твердые продукты пиролиза бурого угля имеют более широкое применение в качестве облагороженного энергетического топлива, брикетированного топлива коммунально-бытового назначения, восстановителей в цветной и черной металлургии, компонентов шихты при получении металлургического кокса, а также углеродных сорбентов. Среди известных методов получения полукокса из бурого угля весьма перспективен для промышленного освоения предложенный с участием автора каталитический пиролиз в кипящем слое катализатора окисления. Важнейшим преимуществом технологии каталитического пиролиза является повышение экологической чистоты, обусловленное отсутствием смолообразования, резким уменьшением содержания канцерогенных веществ в твердом продукте, уменьшением объема газовых выбросов и концентрации в них вредных веществ.

При коксовании каменных углей получают кокс, используемый в основном в черной и цветной металлургии для выплавки металлов, а в качестве побочных продуктов получают парогазовую смесь, содержащую множество химических соединений. Путем конденсации и адсорбции из нее извлекают бензол, каменноугольную смолу, состоящую из смеси конденсированных ароматических и гетероциклических соединений, нафталин, фенолы, аммиак и прочие вещества. Всего в качестве товарных продуктов коксования производят около 250 химических веществ. Для коксования используют дорогостоящие спекающиеся угли, способные образовать кокс. С целью расширения сырьевой базы коксохимических производств и совершенствования технологии получения металлургического кокса предложены методы каталитического коксования. При выборе катализаторов исходили из учета двух основных этапов процесса коксования. Первый из них включает образование пластической массы (мезофазы) из спекающегося угля при нагреве шихты до 350 – 400?С. Дальнейшее повышение температуры сначала приводит к затвердеванию мезофазы, а затем ее кристаллизации, которая заканчивается при 1000 – 1200?С с получением товарного кокса.

В выполненных с участием автора работах было показано, что некоторые катализаторы, введенные в шихту в незначительном количестве, могут увеличить выход мезофазы и влиять на состав жидких продуктов, катализируя реакции перераспределения водорода и кислорода в процессе коксования. При этом катализатор ускоряет деструкцию кислородсодержащих молекул, обогащая мезофазу химическими соединениями, из которых образуется прочный кокс на последующей высокотемпературной стадии коксования. Кроме того, частицы катализатора могут выступать в качестве центров кристаллизации мезофазы, способствуя формированию прочного кокса с повышенным содержанием мелкозернистых структур.

При высокотемпературной обработке твердого топлива в среде кислорода воздуха, водяного пара, диоксида углерода и водорода органические составляющие топлива нацело превращаются в газообразные продукты. Основные направления газификации угля и состав продуктов приведены на схеме:

К настоящему времени освоены различные модификации промышленных процессов газификации углей, наиболее распространенными из которых являются технологии Лурги (стационарный слой кускового угля), Винклера (кипящий слой угольных частиц), Копперс-Тотцека (пылеугольный поток), Тексако (водноугольная суспензия) и их различные модификации. На опытно-промышленом уровне сейчас отрабатывается около 20 технологий газификации угля нового поколения. Эффективность процессов газификации может существенно повышаться при использовании соответствующих катализаторов, позволяющих снижать температуру при сохранении высокой скорости процесса и регулировать состав продуктов.

Воздействие катализатора на процесс газификации твердого топлива иллюстрируется схемой:

Катализатор может ускорять как реакции прямого превращения углерода в газообразные соединения (маршрут 1), так и газофазные реакции продуктов термического превращения угля (маршрут 2). До настоящего времени преимущественно разрабатывали процессы каталитической газификации, основанные на ускорении реакций прямого превращения угля в газообразные соединения по маршруту 1. В этих случаях для эффективного воздействия катализатора необходимо обеспечить его хороший контакт с твердым сырьем. Для этого используют катализаторы, наносимые на поверхность угля, а также способные плавиться или возгоняться в условиях процесса, проникая в поры угля. Наиболее распространенными катализаторами процесса газификации углей являются соединения щелочных, щелочноземельных и некоторых переходных (Ni, Fe, Co) металлов.

Среди технологий, проходящих опытно-промышленную отработку, следует выделить в качестве наиболее перспективных процесс ЭКСОН – каталитическая газификация угля водяным паром в кипящем слое, процесс МОЛТЕН СОЛТ – парокислородная газификация при повышенном давлении в расплаве соды, процесс ПАТГАЗ – газификация при атмосферном давлении в расплаве железа. Применяемые расплавы играют роль теплоносителя и катализатора.

Применение катализаторов может быть сопряжено с появлением новых технологических проблем. Среди них следует выделить проблему разработки простых и надежных методов введения катализатора в реакционную смесь и извлечения его для повторного использования в процессе газификации. В выполненных с участием автора работах установлено, что эта проблема может решаться путем осуществления процесса газификации угля в кипящем слое частиц катализатора. В качестве каталитически активных материалов оказалось возможным использовать дешевые и доступные металлургические и котельные шлаки, которые содержат элементы (Fe, Ni, Mn и др.), способные катализировать реакции окисления, конверсии СО и углеводородов, метанирования. Такие каталитически активные материалы можно использовать в процессе газификации до их полного износа. В режиме циркуляции частиц мартеновского шлака при температурах 850 – 900?С и атмосферном давлении паровоздушной смеси степень конверсии угля в газообразные продукты составляет 90%, а интенсивность газификации превышает показатели известных технологий газификации, осуществляемых при аналогичных температурах и давлении.

Принципиальное различие в химическом составе угля и нефти заключается в разном соотношении водород/углерод (составляет около 0,7 для углей и порядка 1,2 для нефтей). Присоединением к углю дополнительного количества водорода можно получить "синтетическую нефть". Это достигается использованием молекулярного водорода или органических соединений, способных выступать в качестве доноров водорода. Лучшие результаты в ожижении угля получаются в присутствии катализаторов, активирующих молекулярный водород, и органических растворителей, способных легко отдавать атомы водорода (тетралин, крезол и другие).

Предложенный механизм каталитического ожижения угля можно представить следующей схемой:

Первоначальной стадией ожижения является превращение угля в так называемые асфальтены, представляющие собой высокомолекулярные соединения ароматической природы и содержащие большое количество гетероатомов. Образующиеся реакционноспособные фрагменты радикальной природы могут затем превращаться в стабильные продукты, присоединяя атомы водорода, либо полимеризоваться. Соотношение скоростей протекающих превращений определяется природой используемых катализаторов. Катализаторы, обладающие гидрирующей активностью, ускоряют реакции образования легких углеводородов. Катализаторы кислотного типа могут способствовать протеканию нежелательных реакций поликонденсации и полимеризации, приводящих к образованию высокомолекулярных продуктов.

В различных странах сейчас работает более 80 опытных установок ожижения угля. Однако в промышленном масштабе технологии прямого ожижения угля в настоящее время не используются вследствие ряда причин. Основные недостатки современных технологий каталитического ожижения угля обусловлены невысокой производительностью процесса, применением высоких давлений водорода, необходимостью выделения катализатора для повторного использования в процессе. Часть этих проблем может быть решена путем подбора дешевых катализаторов на основе рудных материалов. Их использование позволяет отказаться от трудоемкой и технически трудноосуществимой операции по извлечению катализатора из твердого шламового остатка процесса ожижения угля. Другим путем удешевления процесса ожижения является замена молекулярного водорода на синтез-газ (смесь СО и Н2). Это позволяет исключить ряд технологических стадий, связанных с получением водорода, таких как очистка синтез-газа, конверсия СО, выделение Н2 из газовой смеси.

Проведенные с участием автора исследования подтвердили эффективность применения железосодержащих рудных катализаторов (пирит, пирротит, магнетит) для ожижения канско-ачинских углей в среде водорододонорных растворителей. По своей активности они сопоставимы с промышленным алюмокобальтмолибденовым катализатором, применяемым в нефтепереработке. Этот неожиданный на первый взгляд результат объясняется тем, что процесс гидрогенизации угля в среде водорододонорного растворителя протекает по механизму опосредованного катализа. Суть этого механизма сводится к тому, что ожижение угля осуществляется преимущественно не молекулярным водородом, а путем переноса атомов водорода от молекул органического растворителя (например, тетралина, который при этом дегидрируется до нафалина):

Роль катализатора в основном сводится к восстановлению утраченных Н-донорных свойств растворителя (в частности, к гидрированию нафталина с получением тетралина):

Для эффективного обеспечения данной функции катализатор может обладать даже умеренной гидрирующей активностью, в частности, присущей железосодержащим катализаторам.

Более благоприятная ситуация в плане промышленного освоения сложилась с технологиями, в которых совмещены процессы газификации угля до синтез-газа его и последующая переработка в метанол или жидкие углеводородные смеси. В промышленном масштабе на основе синтез-газа осуществляют крупнотоннажное производство следующих продуктов: метанола, жидких алифатических углеводородов и метана. Технологии синтеза жидких топлив из СО и Н2 прошли промышленную проверку в двух вариантах, известных как процесс Фишера-Тропша и процесс Мобил. Процесс Фишера-Тропша экономически мало выгоден для производства малооктановых бензинов вследствие низкой производительности катализаторов (0,3 – 0,7 т/м3 Кт в сутки) и низких октановых чисел получаемой бензиновой фракции (50 – 72). Технология Мобил, основанная на использовании высококремнеземестых цеолитов в качестве катализаторов превращения метанола в высокооктановый бензин, отличается более высокой производительностью, селективностью и качеством продукта (получаемый бензин имеет октановое число 91 – 98).

В принципе из синтез-газа можно получить почти любые органические продукты, производимые сейчас нефтехимическим синтезом. Возможные пути получения химических продуктов при каталитической переработке синтез-газа иллюстрируются следующей схемой:

Условия осуществления этих превращений уже известны, хотя эффективность ряда из этих процессов еще далека от желаемой.

Хотя в настоящее время нефть является основным источником органического сырья, ограниченность ее мировых запасов и постоянный рост стоимости добычи вследствие вовлечения в эксплуатацию более труднодоступных месторождений стимулируют работы по созданию новых процессов химической переработки альтернативного органического сырья. Уголь, мировые запасы которого существенно выше, чем нефти и газа, рассматривается в перспективе в качестве одного из основных видов сырья для производства моторных топлив и продуктов органического синтеза.

Применение эффективных катализаторов и новых каталитических процессов позволит преодолеть многие недостатки, присущие традиционным способам химической переработки угля. Можно полагать, что катализ внесет в область углехимии такие же коренные преобразования, какие были осуществлены в нефтепереработке в 40-е годы этого столетия благодаря применению соответствующих катализаторов.

Рассмотренные в данной работе примеры показывают, что катализаторы позволяют повысить эффективность технологий пиролиза, газификации, ожижения углей. Развитие этих работ заложит основы нового поколения процессов химической переработки углей, для которых характерны повышенная интенсивность, селективность и экологическая чистота. При переработке такого "тяжелого" органического сырья, как каменные и бурые угли, предъявляются особые требования к используемым катализаторам по сравнению с процессами нефтепереработки и нефтехимии. Во многих случаях экономически оправданным и технически возможным представляется применение дешевых катализаторов одноразового использования. К ним относятся, в частности, различные рудные материалы, такие, как шлаки металлургической промышленности и энергетики, а также рудные концентраты и шламы.

2. Кусумано Дж., Делла-Бетта Р., Леви Р. Каталитические процессы переработки угля. М.: Химия, 1984.

3. Кузнецов Б. Н. Катализ химических превращений угля и биомассы. Новосибирск: Наука, 1990.

5. Кузнецов Б. Н. Органический катализ. Часть 2. Катализ в процессах химической переработки угля и биомассы. Учебное пособие. Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та, 1988.

6. Химическая технология твердых горючих ископаемых /Под ред. Г. Н. Макарова, Г. Д. Харлампович. М.: Химия,1986.

Http://www. bestreferat. ru/referat-57834.html

1. Бункер подачи угля; 2. Электроразрядный диспергатор; 3. Промежная емкость; 4. 4 роторный насос; 5.5-7-9-11. Ультразвуковой диспергатор; 6-10. Электрический реактор; 8-12. Плазменный реактор; 13. Насос высочайшего давления; 14. Струйный кавитатор.

Цветом отмечены четыре ступени блока производства синтетической нефти.

Получение водно-угольной суспензии в электрорарядном диспергаторе;

Ультразвуковое воздействие на водянистую фазу (воду) приводит к изменению ее физических черт, что содействует диспергированию и стойкости эмульсии, эти конфигурации сохраняются довольно длительно. Наблюдается деструкция несущей фазы в итоге ультразвукового воздействия и вызванные им механические реакции:

За ранее размельченный уголь подается в бункер подачи 1, откуда поступает в электроразрядный диспергатор 2.

Для измельчения минерального сырья употребляется, новенькая не имеющая аналогов, разработка электроразрядного диспергирования. Водно угольная суспензия проходя электророзрядный узел подвергается массированному электро-гидро-удару с частотой 180 электроразрядов за минуту. Вода в реализуемом методе измельчения является не только лишь проводником энергии удара, доставляя его в мелкие трещинки частиц угля, но также в полном согласовании с эффектом П. А. Ребиндера понижает крепкость твердого тела, облегчая его разрушение.

Различия меж механическим и электроразрядным способами диспергирования: характеристики получаемых товаров различаются, так как при механическом методе измельчение осуществляется за счет сжимающих механических напряжений – продукт уплотняется, а при предлагаемом электроимпульсном методе измельчение осуществляется за счет растягивающих механических напряжений – продукт разуплотняется, т. е. возникают дополнительные поры, повышающие доступ растворителя к частичкам угля. (В. И.Курец, А. Ф.Усов, В. А.Цукерман // Электроимпульсная дезинтеграция материалов – Апатиты. К этому следует добавить, что при измельчении угля импульсными электронными разрядами появляется много явлений, схожих кавитационным: ударные волны, плазма и активные частички. В воде при воздействии импульса высочайшего напряжения появляются гидратированные электроны (е) с временем жизни 400 мкс, происходит диссоциация молекул воды – возникновение активных частиц радикалов (О), (Н), (ОН). Эти активные частички (е), (О), (Н), (ОН) вступают во взаимодействие с веществом угля, производя его ожижение (гидрирование).

Так же существенно миниатюризируется энергопотребление, исключены передвигающиеся механизмы измельчителей, их повторяющаяся подмена и абразивный износ мелющих частей.

Время выхода на рабочий режим (оцениваемое по выходу суспензии с данными параметрами):

Таким макаром, затраты энергии на изготовление водно-угольной суспензии составили 3.3 кВт*ч на тонну из за ранее дроблёного угля (размер зернышек 12 мм), что более чем в 1,5 раз ниже, чем при использовании вибромельницы ВМ-400. При всем этом грансостав получаемой водно-угольной суспензии может оперативно изменяться зависимо от требований к сжиганию, хранению и транспортировке.

Дальше приобретенная водно-угольная суспензия подается в промежную емкость 3. После ее заполнения, врубается 4 роторный насос 4, который эмульгирует и подает раствор на первую ступень блока получения синтетической нефти.

В базе процесса изготовления СУН данного типа лежат: магнитно-ультразвуковая деструкция молекул угля; магнитная активация частиц угля и их гомогенизация; гидрокрекинг и т. д., в процессе протекания которых нарушается структура угля как природной «горной» массы. Уголь распадается на отдельные органические составляющие, но уже с активной поверхностью частиц и огромным количеством свободных органических радикалов. Начальная вода в плазменном реакторе претерпевает ряд перевоплощений, в итоге воздействия появляется четыре основных продукта: атомарный водород Н; гидроксильный радикал-ОН«; перекись водорода Н20; и вода в возбужденном состоянии Н20, хим активность которых содействует образованию активной дисперсной среды, насыщенной компонентами узкого и катионного вида.

Производительность: до 12 куб. м/ч (расширяемо до 15 куб. м/ч), т. е. около 5,5 т/ч

Приобретенная синтетическая нефть (СУН) обладает большой обскурантистской способностью по сопоставлению с начальным топливом, наименьшей температурой в ядре факела, высочайшей степенью выгорания (до 99%). Дисперсная среда, выполняя роль, промежного окисления фактически на всех главных стадиях горения горючего активизируется поверхностью частиц жесткой фазы. Потому воспламенение распыленных капель начинается не с воспламенения летучих паров, а с гетерогенной реакции на их поверхности, в том числе и с водяным паром. Активация поверхностных частиц капель приводит к понижению температуры воспламенения СУН по сопоставлению с воспламенением угольной пыли: для топлив из антрацита — в 2 раза;

Воспламенение СУН при правильной организации процесса горения начинается сразу после распыления, на «срезе форсунки», горючее стабильно пылает, не нуждаясь в подсветке.

Горение протекает по механизму, довольно отлично изученному при исследовательских работах СУН и характеризуется за счет завышенного содержания в зоне реагирования газифицирующего агента (водяных паров), при несколько сниженной температуре горения, подходящим смещением соотношения интенсивности огромного количества сразу протекающих ценных реакций горения в зону газификационно – восстановительных процессов, что, в свою очередь, приводит к более глубочайшему снутри диффузионному проникновению реагирующих газов в объем отдельных частиц и их конгломератов, обеспечивающему, сразу с высочайшей степенью использования горючего (до 99%), существенное понижение генерации оксидов азота.

СУН применимо для прямого сжигания в котлах распылением форсунками, сжигания в котлах с циркулирующим кипящим слоем, в каталитических теплофикационных установках, распылением над слоем угля.

Использовать СУН можно в качестве основного горючего в паровых и водогрейных котлах, в разных обжиговых печах, также как готовую начальную смесь для получения синтез-газа, а в предстоящем и синтетических моторных топлив.

Технологии производства синтетической нефти из угля интенсивно развиваются компанией Sasol в ЮАР. Способ хим сжижения угля к состоянию пиролизного горючего был применен еще в Германии во время Величавой Российскей войны. Германская установка уже к концу войны производила 100 тыс. баррелей (0,1346 тыс. т) синтетической нефти в денек. Внедрение угля для производства синтетической нефти целенаправлено из-за близкого хим состава природного сырья. Содержание водорода в нефти составляет 15%, а в угле — 8%. При определенных температурных режимах и насыщении угля водородом, уголь в значимом объеме перебегает в жидкое состояние. Гидрогенизация угля возрастает при внедрении катализаторов: молибдена, железа, олова, никеля, алюминия и др. Подготовительная газификация угля с введением катализатора позволяет выделять разные фракции синтетического горючего и использовать для предстоящей переработки.

Sasol на собственных производствах применяет две технологии: «уголь в жидкость» — CTL (coal-to-liquid) и «газ в жидкость» — GTL (gas-to-liquid). Использовав собственный 1-ый опыт в Южной Африке во времена Апартеида и обеспечив частичную энергетическую независимость стране даже во времена экономической блокады, компания Sasol в реальный момент развивает производства синтетической нефти в почти всех странах мира, заявлено о строительстве заводов синтетической нефти в Китае, Австралии и США. 1-ый завод Sasol построен в промышленном городке ЮАР Сасолбург, первым заводом по производству синтетической нефти промышленных масштабах стал Oryx GTL в Катаре в городке Рас-Лаффан, также компания запустила в эксплуатацию завод Secunda CTL в ЮАР, участвовала в проектировании завода Escravos GTL в Нигерии вместе с Chevron. Капиталоемкость проекта Escravos GTL составляет 8,4 миллиардов. баксов, результирующая мощность завода составит 120 тыс. баррелей синтетической нефти в денек, старт проекта — 2003 год, планируемая дата пуска в эксплуатацию — 2013 год.

ООО «Энком», Бурятия. «Немецкие установки дают выход нефти из бурого угля 20%, китайские – 40- 45%. Мы пока не будем открывать всех подробностей, скажем только, что в реальный момент мы обладаем неопасной и действенной технологией, дающей выход нефти в 70% при помощи кавитации.» Сергей Викторович Иванов, управляющий инноваторского предприятия «Энком»

Новые разработки, которые мы ведем с Сибирским отделением РАН, позволят использовать синтезированный из бурого угля газ для отопления экономных организаций, жилого сектора, раздельно стоящих комплексов и т. д. Для этого будет нужно поменять обыденные котельные на газовые, оборудованные газогенераторами. Подмена одной котельной будет стоить порядка 3 млн рублей. Эти средства окупятся за 1-2 года.

Разработка более эффективна и неопасна всех имеющихся. Она позволяет разово засыпать 6 тонн угля и 3-4 недели газогенератор будет отапливать трехподъездный 5-этажный дом.

В последнее время, после детализированной подготовки мы приступаем к изготовлению полупромышленной установки. Сам Бог его повелел опробовать эту установку в Бурятии, которой по числу месторождений бурого угля не имеет соперников.

Кроме этого мы увлечены и вопросами производства синтетической нефти из бурого угля.

Нас имеющиеся установки не заинтересовывают. Это 20-30% выхода нефти либо газа. У китайцев – 40-45%, добавляя туда негашеную известь – это их запатентованное ноу-хау. Но есть возможность получать 60-70% газа. Эта разработка и по производству газа, и по производству нефти находится у нас – экономная, действенная, неопасная. Осталось ее поставить на поток. Чем мы на данный момент и увлечены.

Самый суровый энтузиазм и к АИИС КУЭ, и к термическим насосам, и к газогенераторам, и целому ряду других внедряемых нами нововведений показали руководители из Иркутской области и Казахстана, где проекты не просто одобрены, а уже находятся в расчетной стадии. Даже при низких тарифах экономически для их это прибыльно. И даже не просто готовы допустить наше роль в осуществлении проектов, да и завлекать экономные ресурсы для претворения их в жизнь. В Казахстане мы уже участвуем в конкурсах, организованных правительством республики.

Вообщем, с правительством Казахстана, особо серьезно настроенным модернизировать свою экономику на базе инноваторских технологий, у нас сложились очень плодотворные и неоднозначные деловые дела. С управлением этой республики мы сотрудничаем и по внедрению других уникальных технологий — утилизации всех видов жестких и водянистых бытовых отходов и сверхтехнологичных разработок, при которых отпадает необходимость в очистных сооружениях. Большие площади отстойников заменяются на маленькие инноваторские машины по чистке сточных вод. При всем этом ни аромата, ни дорогостоящей модернизации.

Используя вихревые закрученные потоки, пассивные кавитаторы принуждают закипать воды в области низких давлений с возникновением парогазовой фазы, близкой к 100%, при низкой температуре самой воды. Идут процессы бурного кипения, с возникновением пузырьков до 5 мм и поболее (зависимо от конструкции), с следующим попаданием в зоны завышенного давления. В зонах завышенного давления происходит насыщенное сжатие пузырьков, схлопывание, и выделение массивного кавитационного импульса энергии. Выделяемая энергия кардинальным образом перестраивает структуру обрабатываемой воды.

ООО «КПМ» пару лет ведёт научное сотрудничество с Карагандинским Муниципальным Институтом им. Академика Е. А. Букетова. Кафедра хим технологий и экологии Хим Факультета, которой управляет д. х.н., доктор Байкенов Мурзабек Исполович, занимается исследовательскими работами кавитационной переработки: вязких нефтей, нефтепродуктов, каменно-угольной смолы. Спецами ООО «КПМ» кафедре была оказана помощь в разработке нескольких лабораторных установок, на базе наших разработок, где изучаются структурные конфигурации обрабатываемых водянистых углеводородных материалов. На приобретенных результатах моделируются и создаются новые современные технологии переработки нефти и других водянистых материалов.

Http://gazogenerator. com/gazogeneratori-na-burom-ugle/sinteticheskaya-neft-iz-uglya/

Запасы каменного угля в природе значительно превышают запасы нефти. Из 3,5 триллиона тонн органического топлива, которое можно извлечь из земных недр, 80% составляет уголь. В нашей стране находится половина всех мировых запасов угля.

Каменный уголь — сложная смесь органических веществ, которые образо­вались в результате разложения древесных и растительных остатков в те­чение миллионов лет. Переработка каменного угля идет по трем основным направлениям: кок­сование, гидрирование и неполное сго­рание.

Коксование угля осуществляется в коксовых печах, представляющих собой камеры, в верхней части которых нахо­дятся отверстия для загрузки угля (рис. 5). Камеры отделены друг от друга отопительными простенками. В них сжигается газ, предварительно подогретый в регенераторах, которые расположены под камерами.

1 — газосборник для продуктов конден­сации; 2 — отвод летучих продуктов коксова­ния; 3 — люк для загрузки угля; 4 — камеры коксования;

5 — отопительные простенки; 6 — регенераторы (теплообменники) для нагрева топливного газа и воздуха

Темпера­тура в камерах 1000–1200°С. При этой температуре без доступа воздуха каменный уголь подвергается сложней­шим химическим превращениям, в ре­зультате которых образуются кокс и летучие продукты. Коксование камен­ного угля — периодический процесс: после выгрузки кокса в камеру загру­жается новая порция угля. Получен­ный кокс гасят водой. Остывший кокс отправляют на металлургические заво­ды, где он используется в качестве восстановителя при производстве чу­гуна. При охлаждении летучих продук­тов (коксовый газ) конденсируются каменноугольная смола и аммиачная вода. Несконденсированными остаются аммиак, бензол, водород, метан, оксид углерода (II), азот, этилен и другие вещества. Пропуская эти газы через раствор серной кислоты, выделяют аммиак в виде сульфата аммония. Сульфат аммония используют как азот­ное удобрение. Бензол поглощают растворителем, а затем отгоняют из раствора. После отделения от аммиака и бензола коксовый газ используют в качестве топлива или как химическое сырье. Каменноугольная смола образу­ется в незначительных количествах (до 3%). Но, учитывая масштабы произ­водства кокса, каменноугольная смола рассматривается как сырье для про­мышленного производства целого ряда органических веществ. Из каменно­угольной смолы получают бензол и его производные, нафталин, фенол и другие ароматические соединения. Основные продукты, получаемые при коксовании угля, представлены на схеме (рис. 6).

Если от смолы отогнать продукты, кипящие до 350°С, то остается твердая масса — пек. Он применяется для изго­товления лаков (пековый лак), незаме­нимых при окрашивании железных и деревянных конструкций.

Гидрирование угля осуществляется при температуре 400–600°С под дав­лением водорода до 25 МПа в присутствии катализатора. При этом обра­зуется смесь жидких углеводородов, которая может быть использована как моторное топливо. Достоинством этого метода является возможность гидриро­вания низкосортного дешевого бурого угля, запасы которого в нашей стране огромны.

Неполное сгорание угля дает оксид углерода (II). На катализаторе (ни­кель, кобальт) при обычном или повы­шенном давлении из водорода и оксида углерода (II) можно получить бензин, содержащий предельные и непредель­ные углеводороды:

Д. И. Менделеевым предложен про­грессивный способ превращения угля в газообразное топливо путем его газификации непосредственно в месте зале­гания (под землей). В настоящее время в нашей стране и за рубежом прово­дятся работы по подземной газифика­ции каменного угля.

Исследования показали, что этим методом из угля можно получить до 40% метана, 45% кокса и 3% жидкого топлива.

Если сухую перегонку угля (а также древесины или торфа) проводить при 500–550°С, то получают деготь, кото­рый наряду с битумом используется в строительном деле в качестве свя­зующего материала при изготовлении кровельных, гидроизоляционных покры­тий (рубероид, толь и т. д.).

Http://megaobuchalka. ru/5/26002.html

Добавить комментарий