загрузка...
 
7.5 Гидрирование твердого топлива
Повернутись до змісту

7.5 Гидрирование твердого топлива

Гидрированием (гидрогенизацией) твердого топлива называется процесс превращения органической части топлива в жидкие продукты, обогащенные водородом и используемые как жидкое топливо. Проблема гидрирования твердого топлива возникла в связи с возросшим потреблением нефти и необходимостью эффектив­но использовать низкокалорийные и высокозольные ископае­мые угли, представляющие сложности при их сжигании. В про­мышленном масштабе гидрирование твердого топлива впервые было организовано в 30-х годах XX века в Германии и получи­ло развитие в связи с необходимостью использовать для произ­водства моторных топлив тяжелых смолистых нефтей с высо­ким содержанием серы. В настоящее время в различных стра­нах работают установки деструктивной дегидрогенизации топ­лив производительностью от 200 до 1600 т/сутки.

Гидрирование твердого топлива представляет деструктив­ный каталитический процесс, протекающий при температуре 400—560°С под давлением водорода 20 –

70 МПа. В этих усло­виях происходит разрыв межмолекулярных и межатомных (ва­лентных) связей в органической массе топлива и протекают ре­акции деструкции и деполимеризации высокомолекулярных структур угля.

Проблема гидрирования твердого топлива возникла в связи с возросшим потреблением нефти и необходимостью эффектив­но использовать низкокалорийные и высокозольные ископае­мые угли, представляющие сложности при их сжигании. В промышленном масштабе гидрирование твердого топлива впервые было организовано в 30-х годах XX века в Германии и получи­ло развитие в связи с необходимостью использовать для произ­водства моторных топлив тяжелых смолистых нефтей с высо­ким содержанием серы. В настоящее время в различных стра­нах работают установки деструктивной дегидрогенизации топ­лив производительностью от 200 до 1600 т/сутки.

Гидрирование твердого топлива представляет деструктив­ный каталитический процесс, протекающий при температуре 400—560°С под давлением водорода 20 –

70 МПа. В этих усло­виях происходит разрыв межмолекулярных и межатомных (ва­лентных) связей в органической массе топлива и протекают ре­акции:

—            деструкции и деполимеризации высокомолекулярных структур угля

{С}n + пH2 ? СnН2n;

—            гидрирования образовавшихся алкенов;

—            деструкции высших алканов с последующим гидрирова­нием алкенов и образованием алканов меньшей молекулярной массы

CnH2n+2 ? CmH2m+2 +CрH2p + H2 ? CрH2p+2;

—            гидрирования конденсированных аромати -ческих систем с последующим разрывом цикла и деалкилированием

 

— раскрытия пятичленных циклов с образованием изоалканов

 

и другие.

Так как процесс гидрогенизации протекает в избытке водо­рода, то реакции полимеризации и поликонденсации первич­ных продуктов деструкции подавляются и при достаточно высоком отношении водород/углерод продукты уплотнения почти не образуются.

Одновременно с гидрированием углеродных соединений протекают реакции гидрирования соединений, содержащих серу, кислород и азот по реакциям, аналогичным реакци­ям гидроочистки нефтепродуктов (глава VII).

Процесс гидрогенизации являет­ся каталитическим. В качестве ка­тализаторов используют контакт­ные массы на основе соединений молибдена, никеля или железа с различными активаторами, например:

МоО3 + NiS  +  СаО + ВаО  +  А12О3 .

катализатор   активатор    носитель

Изменением параметров процесса (температура, давление, время контактирования) и состава катализатора процесс гид­рогенизации может быть направлен в сторону получения про­дуктов заданного состава. Выход жидких и газообразных продуктов гидрирования твердого топлива существенно зависит от содержа­ния в нем летучих веществ, то есть от степени его углефикации. Угли с высокой степенью углефикации (антрацит, тощие угли) не могут быть использованы в качестве сы­рья для гидрогенизации. Из топлив для этой цели пригодны бурые угли или каменные угли с отношением водород/углерод не ниже 0,06 и со­держанием золы не более 0,13 мас. дол.

Процесс гидрогенизации твердых топлив может проводить­ся в жидкой или паровой фазе. Из многочисленных техноло­гических схем жидкофазной гидрогенизации наиболее эконо­мичной является циклическая схема. Она отличается от дру­гих меньшим расходом водорода, более низкими температу­рой и давлением процесса и позволяет полностью использо­вать все компоненты перерабатываемого сырья. Принципиаль­ная схема подобной установки гидрогенизации приведена на рис. 7.8.

В результате гидрогенизации всех видов твердого топлива образуются жидкий продукт, содержащий изоалканы и нафтены, используемый в качестве сырья для каталитического риформинга и гидрокрекинга, а также котельное топливо и газ.

 

 

Рисунок 7.8 Циклическая схема жидкофазной гидрогенизации топлива:1 – аппарат подготовки сырья; 2 – насос для пасты; 3 – реактор гидрирования; 4 – центрифуга; 5, 6 – ректификационные установки; 7 – нейтрализатор; 8 – реактор гидроочистки



загрузка...