3.2 Методы высокотемпературной пирогенетической переработки твёрдого топлива
В настоящее время около 60% добываемых ископаемых углей используется:
- для выработки тепловой и электрической энергии;
- 30% для производства металлургического кокса.
Значительная часть ископаемых углей подвергается высокотемпературной или пирогенетической переработке, то есть является химическим сырьём.
Цель такой переработки – получение из угля ценных вторичных продуктов, используемых в качестве топлива и полупродуктов основного органического синтеза.
По назначению и условиям процессы пирогенетической переработки твёрдого топлива подразделяются на три типа: пиролиз, гидрирование и газификация.
1) Пиролизом или сухой перегонкой называется процесс нагревания твёрдого топлива без доступа воздуха с целью получения из него твёрдых, жидких и газообразных продуктов различного назначения.
В зависимости от условий проведения и природы вторичных продуктов различают:
- низкотемпературный пиролиз или полукоксование при температуре 500-580ºС;
- высокотемпературный пиролиз или коксование при 900- 1050ºС.
Процессы гидрирования и газификации ставят целью получение из твердого топлива, соответственно, жидких продуктов, используемых в качестве моторного топлива, и горючих газов. Внедрение этих методов переработки повышает значение твердых топлив и каменных углей в частности в топливном балансе страны.
3.2.1 Полукоксование
Цель полукоксования – получение искусственного жидкого и газообразного топлива, транспортабельного и более ценного, чем исходное топливо.
Сырьё. Сырьём для полукоксования служат:
- низкосортные каменные угли с высоким содержанием золы;
- бурые угли и сланцы.
Продукты полукоксования:
1) Полукокс - хрупкий кусковой материал или порошок.
Он обладает высокой реакционной способностью и может служить:
- энергетическим топливом;
- компонентом шихты для коксования;
- исходным материалом для газификации.
2) Смола полукоксования – источник искусственного моторного топлива – бензина и керосина, которые, как и натуральные нефтепродукты, получают перегонкой смолы или её разложением.
!!! Максимальный выход искусственных нефтепродуктов достигается полукоксованием сланцев, дающих наибольший выход смолы.
3) Горючий газ полукоксования – используется в качестве:
- топлива с высокой теплотой сгорания;
- сырья для органического синтеза
3.2.2 Гидрирование (гидрогенизация).
Гидрогенизацией (гидрированием) называется процесс обработки твёрдого топлива водородом при температуре 380-550ºС и давлении 20-70 МПа в присутствии катализатора.
В качестве катализатора используются контактные массы на основе соединений молибдена, никеля или железа с различными активаторами:
MoO3 + NiS + CaO + BaO + Al2O3
катализатор активатор носитель
!!! В этих условиях в органической массе угля происходит разрушение непрочных межмолекулярных и внутримолекулярных связей и гидрирование ненасыщенных молекул:
- разложения и деполимеризации высокомолекулярных структур угля
{C}n + nH2 → CnH2n
- гидрирования образовавшихся алкенов
CnH2n + H2 → CnH2n+2
- разложения высших алканов с последующим гидрированием алкенов и образованием алканов меньшей молекулярной массы
CnH2n+2 → CmH2m+2 + CpH2p
CpH2p + H2 → CpH2p+2
- гидрирование конденсированных ароматических систем с последующим разрывом цикла и деалкилированием.
- раскрытие пятичленных циклов с образованием изоалканов с последующим разрывом цикла и деалкилированием
Попутно идёт гидрирование продуктов, содержащих серу, кислород и азот с образованием сероводорода, воды и аммиака.
Изменением параметров процесса (температуры, давления, времени контактирования) и состава катализатора процесс гидрогенизации может быть направлен в сторону получения продуктов заданного состава.
Гидрогенизации подвергаются низкосортные каменные угли с целью получения искусственных нефтепродуктов, в частности бензина.