1.6. Қысқа уақытты әрекеттесу жағдайындағы көмір гидрогенизациясы. Гидрогенизация угля в условиях кратковременного реагирования.

Қазіргі уақытта көптеген елдерде (КНР, Жапония, АҚШ, Ресей, Туркия) үшінші ұрпақтың процесстерін жасаумен қатар көмірді сұйылту технологиясы мен теориясындағы жұмыстар қарқынды жүргізілуде. Гидрогенизация жағдайындағы көмірдің органикалық массасының негізгі ауысуыларының химизмі түсінігінің даумына байланысты [1-3] жаңа сапалы синтетикалық отындар мен химиялық өнімдерді алудың жаңа әдістері табылды.

Гидргенизация процесстерінің жаңа бағытының негізгі ерекшеліктері - Основное отличие нового направления процессов гидрогенизации – ожижения угля в условиях кратковременного реагирования (не более 10-15 мин) по сравнению с 30-60 мин в технологиях, разработанных в 90-е годы минувшего столетия (табл), так как в условиях высокоскоростного нагрева (~200⁰С/мин) первичные реакции деструкции угольного вещества протекают очень быстро и приводят к образованию радикальных продуктов различной молекулярной массы [4]. Их стабилизация требует незначительного количества водорода и может быть осуществлена за счет активации молекулярного водорода в присутствии высокоэффективной каталитической системы и передачи водорода от соединений, обладающих донорно-водородными свойствами. В условиях, когда гидрогенизация осуществляется за непродолжительное время, к применяемому в процессе катализатору предъявляются особые требования, заключающиеся в способности за относительно короткий промежуток времени, соизмеримый с временем диссоциации угольного мультимера, активировать реакции переноса водорода от соответствующих Н-доноров, а также диссоциацию молекулярного водорода. Один из важнейших технологических показателей процесса гидрогенизации углей – отношение уголь: пастообразователь (Н-донор), так как увеличение концентрации угля в реакционной смеси (угленефтяной пасте) позволяет без дополнительных затрат повысить единичную производительность основного оборудования. По времени кратковременного реагирования до 10 мин начальная стадия гидрогенизации угля характеризуется интенсивным протеканием деструкции веществ угля с одновременным образованием всех продуктов по параллельным реакциям. Подавляющую часть продуктов превращения угля составляют масла. Подобный характер превращения угля облегчает эксплуатацию аппаратов высокого давления, особенно подогревателя сырья, поскольку образующиеся масла являются дополнительным растворителем для высокомолекулярных продуктов гидрогенизации, что уменьшает вероятность образования отложений кокса на стенах аппаратов.

Более поздние стадии гидрогенизации (время реагирования 30-60 мин в процессах ИГИ) характеризуются деструкцией ОМУ главным образом на высокомолекулярные продукты – асфельтены и преасфальтены, которые увеличивают нагаро- и коксообразование в реакторах, сепараторах и др.

Для процесса гидрогенизации угля в условиях высокоскоростного нагрева все иследованные группы веществ (масла6асфальтены, преасфальтены) отличаются большей долей водородных связей по сравнению с процессом при времени нагрева 5⁰С/мин. Даже в маслах с незначительным содержанием ОН-групп эти разлиия для процессов с разными скоростями нагрева сохраняются.

Таким образом, сравнение характеристик жидких продуктов, образующихся в процессе гидрогенизации угля при высокоскоростном и медленным нагревах, показывает, что они близки между собой по групповому химическому составу и принципиально плдобны по химическому строению. Основные отличия во всех иследованных группах веществ скоростного процесса заключаются в ос=тставаний протекания реакций удаления кислородных атомов [9].

Основная задача в области катализа при гидрогенизации угля – не столько традиционный подбор активных добавок или их комбинаций, столько создание научных основ и технологии формирования композиций, активирующих процесс и имеющих размеры, соизмеримые с величиной ассоциатов угольных мультимеров; обеспечения транспорта с постообразователем высокоактивных микрокомпозиций к поверхности частиц угля в начале процесса и в возникающие по мере превращения твердых угольных веществ микротрещены, а также в пространство между оссоциатами, образующимися из угольного мультимера [6]. Для этого в качестве исходных соединений используют растворимые в сырье нафтенаты молибдена [7], алкилфосфат и сульфонат молибдена [8], тиомолибденовую кислоту, эмульсию водного раствора парамолиюдата аммония [9] и др.

Наиболее эффективным способом добавления Mo-, Ni- или Со- содержащих катализаторов при гидрогенизации угля по технологии ИГИ оказались формирование и применение их водных растворов в виде эмульсий с постообразователем.

Одно из направлений повышения эффективности эмульгированных катализаторов – применение многокомпонентных каталитических систем, включающих помимо Мо некоторые другие переходные элементы Периодической таблицы Д.И.Менделеева.