О российских технологиях ожижения угля

Главной особенностью отечественной технологии является ее высокая экономическая эффективность, отличающаяся от промышленной технологии Германии 30-40-х годов XX столетия, а также соответствующих разработок, выполненных в USA, Японии, Великобритании и др. странах в последнее время, возможность при ее реализации осуществить получение жидкого топлива из угля прямой гидрогенизацией по конкурентоспособным ценам в сравнении с производством их из нефтяного сырья.

Технология переработки угля в жидкое топливо включает ряд процессов, протекающих при различающихся физико-химических условиях, которые подлежали коренному совершенствованию с использованием новейших достижений отечественной и зарубежной науки и практики, без чего трудно было рассчитывать на перспективность реализации технологии в промышленности.

Угольные вещества бурых и каменных углей невысокой стадии метаморфизма, применяемые для получения жидких продуктов, представлены самоассациированными взаимодействиями в твердой замкнутой системе, проникновение в которую реагентов (водород, катализатор, растворитель и др.) затруднено (Кричко А.А., Гагарин С.Г.). Поэтому, на стадии подготовки угля к ожижению для сушки угля до остаточного содержания влаги 1,0% и менее и измельчения его до 60-100 мкм применен метод высокоскоростной термообработки угля (10000-15000°С в минуту) в вихревых камерах (П.З. Шубеко), позволяющий нагревать уголь в инертной среде за доли секунды, увеличивать его удельную поверхность и количество микропор в 5-10 раз по сравнению с исходным углем, существенно повышая его реакционную способность. Удельные капвложения на термообработку угля в вихревых камерах в 22 раза ниже, чем в случае применения барабанных сушилок, применявшихся ранее в промышленной технологии.

Для формирования углемасляных смесей и шламов ожижения, содержащих 45-50% твердых компонентов и транспортабельных по трубопроводам обычными насосами, применен метод диспергирования (Л.Л. Хотунцев). Диспергирование систем уголь-жидкие продукты сопровождается дополнительным измельчением и активацией угля и реагентов. В результате гидрогенизации угля образуется некоторое количество воды (3-5% от угля), которая частично используется для приготовления раствора катализатора, а основная масса вводится в остатки производства — шлам, содержащий непревращенный уголь (5-10%), минеральные компоненты, катализатор, которые диспергируются и сжигаются в виде дисперсно-топливной системы для регенерации катализатора и утилизации сточных вод производства (В.М. Иванов). Основная часть катализатора, введенная в сырье, рециркулирует в системе, а часть выделяется при сжигании шлама (М.Я. Шпирт).

Существенное влияние на интенсификацию ожижения угля оказало применение в составе пастообразователя 20-30% доноров-переносчиков водорода в виде частично гидрированных в отдельной стадии производства ароматических углеводородов (А.М. Гюльмалиев). Присутствие в реакционной смеси этих соединений позволяет осуществить передачу водорода угольным веществам на ранних стадиях преобразования, предотвращая протекание реакций конденсации ассоциатов угольного мультимера при нагревании до температуры деструкции его в жидкие продукты. В присутствии доноров-переносчиков водорода меняется механизм реакций, а именно — кислород угля (до 20-23%) выводится в основном в виде оксидов углерода, а не воды, что существенно сокращает расход водорода на процесс.

Для превращения угля в жидкие продукты применен новый метод гидрогенизации органической массы угля (ОМУ) в присутствии микроколичеств (0,05-0,1%) активного катализатора, геометрические размеры частиц которого соответствовали размерам макромолекул угольного мультимера (принцип А.А. Баландина). Формирование каталитического комплекса осуществляли путем применения в составе пастообразователя эмульсии водорастворимых солей металлов и равномерного распределения их при нагревании до температуры 400-430°С в результате микровзрывов капель эмульсии (В.М. Иванов). Относительно высокая концентрация катализатора (3-4 молекулы на макромолекулу угля) позволяет компенсировать относительно низкое давление газообразного водорода (6-7 МПа) и осуществить глубокое (до 90-95%) превращение угля в жидкие продукты при невысоком газообразовании, что существенным образом экономит расход молекулярного водорода извне. Соответственно удельные капвложения и эксплуатационные расходы сокращаются в 4-5 раз по сравнению с процессом под давлением 20-30 МПа (Г.В. Мамонтов). Важным фактором экономии водорода является применение метода короткоцикловой адсорбции для очистки газа от примесей углеводородов, оксидов углерода, аммиака, сероводорода и др.

Совокупность перечисленных и ряд других новых разработок в части подготовки угля для гидрогенизации, катализаторов, реагентов, проверенные в условиях опытно-промышленной установки (А.А. Гаркуша, Б.П. Сизых) позволили разработать новую технологию ожижения угля при невысоком давлении. В результате при аналогичной степени превращения угля в жидкие продукты газообразование и расход водорода снизились в 1,5-2,0 раза по сравнению с промышленной практикой. Однако для получения из твердого угля жидких продуктов требуется все же до 3,4-4% молекулярного водорода, вводимого в производство извне. Для его получения требуется применение процесса газификации угля и получения водорода из синтез-газа. Одним из таких процессов является метод газификации угля в кипящем слое под давлением 2-3 МПа (В.С. Альтшулер, Г.П. Семенов). Этот процесс существенно эффективнее ранее известных, применявшихся на отечественных и зарубежных газовых заводах (в начале 60-х годов в Рф получали до 35 миллиард. мЗ газа в г. из угля, сланцев, торфа).

Жидкие продукты (40-45%) из угля состоят в основном из фракций с т.кип. до 360°С и являются сырьем для приготовления моторного топлива методами гидроочистки, гидрокрекинга, каталитического риформинга, известными из практики нефтеперерабатывающих заводов. Специфический состав этих продуктов, в частности, повышенное содержание ароматических углеводородов по сравнению с нефтепродуктами, а также наличие примесей фенолов, азот- и серу содержащих соединений потребовал применения специфических катализаторов для получения высококачественного бензина, реактивного и дизельного топлив (А.С. Малолетнев, Б.К. Нефедов, Х. Топсе).

Применение невысокого давления в отечественной технологии позволило не только существенно снизить объемы удельных затрат на создание и эксплуатацию промышленного предприятия, но и в полной мере применить для этого оборудование, выпускаемое предприятиями Рф, что существенно, поскольку не потребует дополнительных инвестиций в создание машиностроительной базы. Это подтвердила практика проектирования (С.В. Макарьев, В.В. Заманов), изготовления оборудования для опытно-промышленных установок СТ-5 и СТ-75, эскизная проработка аппаратуры для промышленных установок (А.Г. Вихман, С.Т. Сюзи).

В заключение отмечу, что в настоящее время, несмотря на изобилие нефти и недогруженность переработкой НПЗ, существуют практически все научно-технические и экономические предпосылки для создания головного промышленного модуля производства жидкого топлива по цене, не выше 100 долларов/тонну. Необходимо разработать соответствующую государственную программу, привлечь инвесторов для выполнения в ближайшие 2-3 г. соответствующего проекта для одного из регионов Рф как основы для последующего развития производства альтернативного жидкого топлива из угля в необходимом масштабе.

Еще записи на эту же тему:



Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.