هدرجة الفحم. هدرجة الفحم المدمرة

يتم تنفيذ الهدرجة المدمرة من أجل الحصول على الوقود السائل الخفيف - البنزين والكيروسين - من الوقود السائل الصلب أو الثقيل. من خلال كيمياءها ، هذه عملية معقدة للغاية ، حيث يحدث انقسام (تدمير) المركبات عالية الجزيئات (جزيئات الفحم الكبيرة) في وقت واحد مع تكوين أبسط هيدروكربونات وشظايا مشبعة وغير مشبعة وإضافة الهيدروجين إلى الأجزاء - عند موقع الروابط المزدوجة والهيدروكربونات العطرية. تحدث أيضًا إزالة البلمرة وعمليات أخرى.
ترافق إضافة الهيدروجين (الهدرجة) انخفاض في الحجم وإطلاق الحرارة. يتم تعزيز حدوث تفاعلات الهدرجة من خلال زيادة الضغط وإزالة حرارة التفاعل.
عادةً ما يتم إجراء هدرجة الفحم عند ضغط 2000-7000 نانومتر 2 ودرجة حرارة 380-490 درجة مئوية.تستخدم المحفزات لتسريع التفاعل - أكاسيد وكبريتيدات الحديد والتنغستن والموليبدينوم مع المنشطات المختلفة.
نظرًا لتعقيد عملية الهدرجة ، تتم عملية الحصول على الوقود الخفيف من الفحم - البنزين والكيروسين - على مرحلتين - في مرحلتي السائل والبخار. الأنسب للهدرجة هو الفحم الأسود والبني الصغير الذي يحتوي على كمية كبيرة من الهيدروجين. يعتبر الفحم هو الأفضل ، حيث لا تزيد النسبة بين الكربون والهيدروجين عن 16-17. الشوائب الضارة هي الكبريت والرطوبة والرماد. محتوى الرطوبة المسموح به 1-2٪ ، رماد 5-6٪ ، محتوى كبريت يجب أن يكون ضئيلاً. من أجل تجنب الاستهلاك العالي للهيدروجين ، لا يتم هدرجة أنواع الوقود الغني بالأكسجين (مثل الخشب).
تقنية عملية الهدرجة على النحو التالي. يتم خلط الفحم المطحون ناعماً (حتى 1 مم) مع محتوى الرماد المطلوب بمحفز ، غالبًا أكاسيد الحديد ، وتجفيفها وطحنها بعناية في مطحنة مدقة بالزيت ، والتي يتم الحصول عليها عن طريق فصل منتجات الهدرجة. يجب أن يكون محتوى المعجون من الفحم 40-50٪. يتم تغذية العجينة في وحدة الهدرجة بمضخة مدقة عند الضغط المطلوب ؛ يتم توفير الهيدروجين الطازج والمتداول هناك بواسطة الضواغط 2 و 3. يسخن الخليط في مبادل حراري 4 بالحرارة
قادم من عمود الهدرجة ، أبخرة وغازات ، ثم في فرن أنبوب من 5 إلى 440 درجة مئوية ويدخل عمود الهدرجة 6 ، حيث ترتفع درجة الحرارة إلى 480 درجة بسبب حرارة التفاعل. بعد ذلك ، يتم فصل نواتج التفاعل في الفاصل ، حيث يخرج الجزء العلوي منها الأبخرة والغازات ، والحمأة من الجزء السفلي.
يتم تبريد خليط الغاز والبخار في المبادل الحراري 4 ومبرد الماء من 8 إلى 50 درجة مئوية ويفصل 9. بعد إزالة الضغط ، يتم تقطير ناتج التكثيف ، والحصول على "جزء واسع" (300-350 درجة) وثقيل نفط. يدخل الجزء الواسع بعد استخلاص الفينولات منه إلى المرحلة الثانية من الهدرجة. يتم فصل الحمأة المنفصلة في الفاصل 7 بالطرد المركزي إلى زيت ثقيل وبقايا صلبة ، والتي تخضع لنصف الكوك. ونتيجة لذلك ، يتم تكوين زيت ثقيل وجزء يضاف إلى الزيت العريض. تستخدم بقايا الرماد كوقود. تستخدم الزيوت الثقيلة في صنع المعكرونة. يتم إرجاع الغازات المنفصلة في الفاصل 9 ، بعد امتصاص الهيدروكربونات في جهاز التنظيف 10 بالزيوت المضغوطة ، إلى العملية عن طريق مضخة الدوران 3.
غالبًا ما يتم إجراء الهدرجة في المرحلة الثانية في وجود WSo تحت ضغط 3000 نانومتر عند 360-445 درجة مئوية. يتم عزل البنزين والكيروسين أو وقود الديزل من منتج الهدرجة الناتج. لا توجد هيدروكربونات غير مشبعة في الوقود يتم الحصول عليها عن طريق الهدرجة ، والكبريت على شكل كبريتيد الهيدروجين ، والذي يمكن إزالته بسهولة عن طريق غسله بالقلويات ثم بالماء. تتم الهدرجة المدمرة في أعمدة مصنوعة من سبائك الفولاذ التي تحتوي على الكروم والنيكل والموليبدينوم. يصل سمك الجدار إلى 200 لتر والارتفاع يصل إلى 18 مترًا والقطر 1 متر.في أعمدة الهدرجة في مرحلة البخار ، يتم وضع المحفز على أرفف شبكية.
يمكن أن يصل عائد البنزين إلى 50-53٪ لكل كتلة من الفحم قابلة للاحتراق.

احتياطيات الفحم في الطبيعة تتجاوز بشكل كبير احتياطيات النفط. من 3.5 تريليون طن من الوقود الأحفوري التي يمكن استخراجها من أحشاء الأرض ، 80٪ من الفحم. تقع نصف احتياطيات الفحم في العالم في بلدنا.

الفحم عبارة عن مزيج معقد من المواد العضوية التي تكونت نتيجة تحلل الخشب ومخلفات النباتات على مدى ملايين السنين. تتم معالجة الفحم الصلب في ثلاثة اتجاهات رئيسية: التكويك والهدرجة والاحتراق غير الكامل.

يتم تفحيم الفحم في أفران فحم الكوك ، وهي غرف ، يوجد في الجزء العلوي منها فتحات لتحميل الفحم (الشكل 5). يتم فصل الغرف عن بعضها البعض عن طريق تسخين الجدران. يحرقون الغاز المسخن مسبقًا في المولدات الموجودة تحت الغرف.

1 - مجمع الغاز لمنتجات التكثيف ؛ 2 - إزالة منتجات فحم الكوك المتطايرة ؛ 3 - فتحة لتحميل الفحم ؛ 4 - غرف فحم الكوك.

5 - جدران التدفئة ؛ 6- مولدات (مبادلات حرارية) لتدفئة وقود الغاز والهواء

الشكل 5 - مخطط عنصر منفصل لفرن فحم الكوك

درجة الحرارة في الغرف 1000-1200 درجة مئوية. عند درجة الحرارة هذه ، دون الوصول إلى الهواء ، يخضع الفحم لتحولات كيميائية معقدة ، مما يؤدي إلى تكوين فحم الكوك والمنتجات المتطايرة. فحم الكوك هو عملية دورية: بعد تفريغ فحم الكوك ، يتم تحميل جزء جديد من الفحم في الحجرة. يتم إخماد فحم الكوك الناتج بالماء. يتم إرسال فحم الكوك المبرد إلى مصانع التعدين ، حيث يتم استخدامه كعامل اختزال في إنتاج الحديد الخام. عندما يتم تبريد المنتجات المتطايرة (غاز فرن الكوك) ، يتكثف قطران الفحم وماء الأمونيا. تظل الأمونيا والبنزين والهيدروجين والميثان وأول أكسيد الكربون (II) والنيتروجين والإيثيلين ومواد أخرى غير مكثفة. عن طريق تمرير هذه الغازات من خلال محلول حامض الكبريتيك ، يتم إطلاق الأمونيا في شكل كبريتات الأمونيوم. تستخدم كبريتات الأمونيوم كسماد نيتروجين. يؤخذ البنزين في المذيب ثم يتم تقطيره من المحلول. بعد فصل الأمونيا والبنزين ، يتم استخدام غاز أفران الكوك كوقود أو كمادة خام كيميائية. يتكون قطران الفحم الحجري بكميات صغيرة (تصل إلى 3٪). ولكن بالنظر إلى حجم إنتاج فحم الكوك ، يعتبر قطران الفحم مادة خام للإنتاج الصناعي لعدد من المواد العضوية. يتم الحصول على البنزين ومشتقاته والنفتالين والفينول والمركبات العطرية الأخرى من قطران الفحم. يتم عرض المنتجات الرئيسية التي تم الحصول عليها أثناء فحم الكوك في الرسم البياني (الشكل 6).

إذا تم إبعاد المنتجات التي تصل درجة غليانها إلى 350 درجة مئوية عن الراتينج ، فستبقى كتلة صلبة - درجة. يتم استخدامه لصناعة الورنيش (ورنيش الملعب) الذي لا غنى عنه لطلاء الهياكل الحديدية والخشبية.

تتم هدرجة الفحم عند درجة حرارة 400-600 درجة مئوية تحت ضغط هيدروجين يصل إلى 25 ميجا باسكال في وجود محفز. في هذه الحالة ، يتم تكوين خليط من الهيدروكربونات السائلة ، والتي يمكن استخدامها كوقود للمحرك. وتتمثل ميزة هذه الطريقة في إمكانية هدرجة الفحم البني الرخيص ذي الدرجة المنخفضة ، واحتياطياته ضخمة في بلدنا.

الشكل 6 - المنتجات الرئيسية التي تم الحصول عليها من فحم الكوك

ينتج عن الاحتراق غير الكامل للفحم أول أكسيد الكربون (II). على محفز (نيكل ، كوبالت) عند ضغط عادي أو مرتفع من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون (II) ، يمكن الحصول على بنزين يحتوي على هيدروكربونات مشبعة وغير مشبعة:

nCO + (2n + 1) H 2 ® C n H 2 n +2 + nH 2 O

nCO + 2nH 2 ® C n H 2 n + nH 2 O

اقترح D.I Mendeleev طريقة تدريجية لتحويل الفحم إلى وقود غازي عن طريق تغويز مباشرة في مكان حدوثه (تحت الأرض). حاليًا ، في بلدنا وفي الخارج ، يجري العمل على تغويز الفحم تحت الأرض.

تعد معالجة هدرجة الفحم من أكثر الطرق تنوعًا في التسييل المباشر. اساس نظرىتم تطوير تأثيرات الهيدروجين على المركبات العضوية تحت الضغط في بداية القرن العشرين. الأكاديمي V.N. Ipatiev. أجرى العلماء الألمان أول دراسات مستفيضة حول تطبيق عمليات الهدرجة على معالجة الفحم في عشرينيات القرن الماضي وعشرينيات القرن الماضي. في الفترة 1920-1940. في ألمانيا ، تم إنشاء عدد من المؤسسات الصناعية على أساس هذه التكنولوجيا. في الثلاثينيات والخمسينيات. تم بناء منشآت تجريبية وصناعية للإسالة المباشرة للفحم بطريقة الهدرجة في الاتحاد السوفياتي وإنجلترا والولايات المتحدة الأمريكية وبعض الدول الأخرى.

نتيجة لعملية الهدرجة ، تذوب الكتلة العضوية للفحم وتشبع بالهيدروجين لدرجة تعتمد على الغرض من المنتجات المستهدفة. يتم ضمان إنتاج وقود المحركات التجاري من خلال معالجة المنتجات السائلة التي تم الحصول عليها في المرحلة الأولى (المرحلة السائلة) من خلال طرق هدرجة طور البخار.

أثناء هدرجة الفحم في المرحلة السائلة في نطاق درجة حرارة 300-500 درجة مئوية ، يتم تدمير المصفوفة المعقدة للفحم ، مصحوبًا بتفكك الروابط الكيميائية وتشكيل الجذور الحرة النشطة. هذا الأخير ، الذي يتم تثبيته بواسطة الهيدروجين ، يشكل جزيئات أصغر من الجزيئات الأولية. يؤدي إعادة تركيب الجذور الحرة أيضًا إلى تكوين مركبات جزيئية كبيرة. يتم توفير الهيدروجين ، الضروري لتثبيت الجذور ، جزئيًا عن طريق استخدام المذيبات - مانحات الهيدروجين. هذه هي المركبات التي تتفاعل مع الفحم ، يتم نزع الهيدروجين منها عند درجات حرارة عالية ، وينضم الهيدروجين الذري المنطلق في هذه الحالة إلى منتجات تدمير الفحم. المذيب المانح للهيدروجين هو أيضًا عامل تشكيل معجون. لكي تكون في ظروف عملية الهدرجة في المرحلة السائلة ، يجب أن تكون درجة غليانها أعلى من 260 درجة مئوية. المركبات العطرية المكثفة ، في المقام الأول التيترالين ، لها خصائص جيدة مانح للهيدروجين. تكون المركبات عالية الغليان في هذه المجموعة (النفثالين والكريسول) أقل نشاطًا ، ولكن عند مزجها مع التيترالين ، يحدث تأثير تآزري: خليط من أجزاء متساوية من التترالين والكريسول لديه قدرة مانحة أعلى من أي منهما على حدة.

من الناحية العملية ، لا تستخدم المواد الفردية ، ولكن الأجزاء المقطرة من منتجات تسييل الفحم ذات المحتوى العالي من المركبات العطرية المكثفة ، على نطاق واسع كمذيبات مانحة للهيدروجين. الشوائب الضارة في المذيبات هي مركبات قطبية ، مثل الفينولات ، وكذلك الأسفلتين ، والتي يجب ألا يتجاوز محتواها 10-15٪. للحفاظ على خصائص المتبرع ، يخضع المذيب المتداول لعملية هدرجة. بمساعدة المذيب ، من الممكن عادة "الانتقال" إلى الفحم بما لا يزيد عن 1.5٪ (الكتلة) من الهيدروجين. يتم تحقيق زيادة عمق تحول الكتلة العضوية للفحم عن طريق إدخال الهيدروجين الجزيئي الغازي مباشرة في المفاعل.

بناءً على العديد من الدراسات ، ثبت أن الفحم ذي المراحل المنخفضة من التحول هو الأفضل لمعالجة الهدرجة إلى منتجات سائلة.

الجدول 3.5. خصائص الفحم البني من Kansk-Achinsk والفحم الصلب لأحواض Kuznetsk

الودائع ، الحي

حوض كانسكو أتشينسك

مجال

البراء الدنماركي
إيتاتيون
بيريزوفسكي
ايرشا بورودينو
نزاروفسكوي
حظر
يوريوبينسكوي
	كوزنتسكي
اللينيني
ييروناكوفسكي
ترسينسكي
بلوتنيكوفسكي

م والفحم البني مع مؤشر انعكاسية فيترينيت L ° = 0.35-0.95 ومحتوى المكونات الصخرية الصخرية الخاملة لا يزيد عن 15٪ (بالوزن). يجب أن يحتوي هذا الفحم على 65-86٪ (وزن) كربون ، وأكثر من 5٪ (وزن) هيدروجين وما لا يقل عن 30٪ (وزن) من المواد المتطايرة على أساس الكتلة العضوية. يجب ألا يتجاوز محتوى الرماد فيها 10٪ (بالوزن) ، لأن محتوى الرماد المرتفع يؤثر سلبًا على توازن المواد للعملية ويجعل من الصعب تشغيل الجهاز. في بلدنا ، يلبي الفحم البني في Kan-sko-Achinsk والفحم الصلب لأحواض Kuznetsk هذه المتطلبات إلى أقصى حد (الجدول 3.5).

يمكن تقدير ملاءمة الفحم لإنتاج الوقود السائل بالهدرجة من بيانات التكوين الأولي. وجد I.B.Rapoport أن محصول منتجات الهدرجة السائلة لكل كتلة عضوية من الفحم يتناقص مع زيادة نسبة كتلة الكربون إلى الهيدروجين في تركيبته ويصل إلى قيمة دنيا (72٪) عند C: H = 16. أتاح التحليل الإحصائي للتركيب والقدرة على تسييل الفحم الأمريكي إمكانية تحديد الاعتماد الخطي التالي على محصول المنتجات السائلة بواسطة ارتباط 0.86 [C؟ g،٪ (wt.)] من المحتوى [٪ (wt.)] (في الكربون الأولي المنزوع المعادن من الهيدروجين والكبريت العضوي:

تم الحصول على علاقة خطية مختلفة قليلاً مع ارتباط 0.85 في دراسة الفحم الأسترالي:

يسهل تسييل الفحم البني ، لكنه يحتوي ، كقاعدة عامة ، على الكثير من الأكسجين (يصل إلى 30٪ لكل أسلحة الدمار الشامل) ، والتي تتطلب إزالتها استهلاكًا كبيرًا للهيدروجين. في الوقت نفسه ، يكون محتوى النيتروجين فيها ، والذي يتطلب أيضًا إزالة الهيدروجين ، أقل من محتوى الفحم القاري.

الخصائص الفيزيائية الهامة هي المسامية وقابلية التبلل بالمذيبات. تتأثر درجة تمييع الفحم بشكل كبير بالشوائب المعدنية والعناصر الدقيقة الموجودة فيها. توفر تأثيرًا فيزيائيًا وحفازًا في عمليات التسييل ، فهي تنتهك العلاقة المباشرة بين ناتج المنتجات السائلة وتكوين الجزء العضوي من الفحم.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على درجة تسييل الفحم وخصائص المنتجات التي تم الحصول عليها عن طريق هدرجة المرحلة السائلة هي درجة الحرارة والضغط اللذين يتم تنفيذ العملية عندهما. نظام درجة الحرارة المثلى لهدرجة الطور السائل هو في حدود 380-430 درجة مئوية ولكل فحم معين يقع في نطاقه الضيق. عند درجات حرارة أعلى من 460 درجة مئوية ، هناك زيادة حادة في تكوين الغاز وتكوين الهياكل الحلقية. مع زيادة ضغط العملية ، يزداد معدل تسييل الفحم.

هناك طريقتان معروفتان لتنفيذ معالجة هدرجة الطور السائل للفحم من أجل الحصول على وقود المحركات الاصطناعية - الذوبان الحراري والهدرجة التحفيزية.

الذوبان الحراري هو شكل خفيف من أشكال التحويل الكيميائي للفحم. عند التفاعل مع مانح مذيب-هيدروجين ، يدخل جزء من المادة العضوية للفحم في المحلول ، وبعد فصل البقايا الصلبة ، عادة ما يمثل مستخلصًا عالي الغليان من الفحم ، خالٍ من المعادن ، والكبريت ، والأكسجين ، و المركبات المحتوية على النيتروجين وغيرها من الشوائب غير المرغوب فيها. لزيادة درجة تحويل الفحم ، يمكن تزويد المحلول بغاز الهيدروجين. اعتمادًا على نوع الفحم الأولي والمذيب وظروف العملية ، يمكن الحصول على المنتجات لأغراض مختلفة عن طريق الإذابة الحرارية.

لأول مرة ، اقترح A.Pott و X. Brochet تقنية الذوبان الحراري للفحم في عشرينيات القرن الماضي. بحلول بداية الأربعينيات من القرن الماضي ، كان مصنع بطاقة 26.6 ألف طن من الاستخراج سنويًا يعمل على أساس هذه التكنولوجيا في ألمانيا.

في هذا المصنع ، تم تسخين عجينة تتكون من جزء واحد من الفحم المسحوق وجزئين من مذيب في فرن أنبوب إلى 430 درجة مئوية تحت ضغط 10-15 ميجا باسكال. تم فصل المنتجات السائلة عن الفحم غير المنحل وجزءه المعدني بالترشيح عند درجة حرارة 150 درجة مئوية وضغط 0.8 ميجا باسكال. تم استخدام خليط من tstraline و cresol والزيت المتوسط ​​من هدرجة المرحلة السائلة من قطران الفحم كمذيب. كان محصول المستخلص بنقطة تليين 220 درجة مئوية ومحتوى 0.15-0.20٪ (وزن) من الرماد حوالي 75٪ (وزن) من المادة العضوية للفحم. تم استخدام المستخلص بشكل أساسي كمواد خام للحصول على فحم الكوك الكهربائي عالي الجودة.

منذ الستينيات ، طور عدد من البلدان ونفذ في مصانع تجريبية وإرشادية جيلًا جديدًا من العمليات على أساس الانحلال الحراري للفحم. وفقًا للغرض المقصود ، يمكن تقسيمها إلى نوعين: 1) العمليات التي يتم فيها الحصول على المنتجات الصلبة أو السائلة الأولية فقط في ظل الظروف العادية ، والمقصود ، كقاعدة عامة ، للاحتراق في أفران محطات الطاقة ، و 2) العمليات التي تنطوي على معالجة المنتجات الأولية إلى وقود أكثر تأهلاً (بشكل أساسي إلى وقود) من خلال العمليات الثانوية للمعالجة الحرارية والهدرجة والتكرير.

يتم إجراء عملية تنقية استخراج الفحم SRC (Solvent Refined Coab) المطورة في الولايات المتحدة الأمريكية في الإصدار الأساسي SRC-I عند درجة حرارة في المفاعل من 425-470 درجة مئوية ، وضغط 7-10 ميجا باسكال ، و زمن المكوث في منطقة التفاعل "30 دقيقة. المنتج الرئيسي لهذه العملية هو مستخلص الفحم المنقى من الكبريت ، والذي يتصلب عند درجة حرارة 150-200 درجة مئوية.

في نسخة معدلة من عملية SRC-II ، يظهر مخططها في الشكل. 3.2 ، عن طريق زيادة الضغط إلى 14 ميجا باسكال وزيادة زمن بقاء عجينة الكربون في منطقة التفاعل ، يتم الحصول على الوقود السائل بتركيبة جزئية واسعة كمنتج هدف رئيسي. يتم خلط الفحم الأولي بعد الطحن والتجفيف مع معلق الفحم الساخن. يتم تمرير المعجون الناتج ، مع الهيدروجين ، من خلال سخان مشتعل ثم يتم إرساله إلى المفاعل. يتم الحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة والضغط الجزئي للهيدروجين من خلال توفير الهيدروجين البارد لعدة نقاط في المفاعل. يتم أولاً فصل نواتج التفاعل في فواصل الغاز. يتم إرسال الغاز المنفصل عن المنتجات السائلة ، والذي يحتوي في الغالب (المرحلة الأولى) على الهيدروجين والهيدروكربونات الغازية مع خليط من كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون ، بعد التبريد إلى 38 درجة مئوية ، إلى نظام تنقية الغاز الحمضي. في المصنع المبرد ، يتم إطلاق الهيدروكربونات الغازية C 3-C 4 والهيدروجين المنقى (يتم إعادته إلى العملية). يتم تغذية جزء الميثان المتبقي بعد معالجة الميثان لأول أكسيد الكربون الموجود فيه في شبكة الوقود. سائل مؤيد

أرز. 3.2 مخطط عملية الذوبان الحراري للفحم BIS-I:

1 - خلاط لصنع المعكرونة. 2 - فرن لتسخين العجينة. 3 - مفاعل 4 - كتلة فواصل الغاز ؛ 5 - امتصاص الغازات الحمضية. 6 - فصل الغازات المبردة ؛ 7 - وحدة تنقية غاز الوقود. 8 - فصل الهيدروكربونات الغازية ؛ 9-وحدة لتنقية الغاز التخليقي وتطور الهيدروجين. 10 - وحدة استرجاع الكبريت. II - مفاعل تغويز المخلفات ؛ 12 - عمود الغلاف الجوي ؛ 13 - عمود الفراغ ؛

1 - مسحوق الفحم المجفف ؛ الثاني - الهيدروجين ثالثا - تعليق الفحم. IV - وقود العملية ؛ الخامس - الكبريت السادس - الأكسجين: السابع - بخار الماء ؛ ثامنا - بقايا خاملة ؛ التاسع - الجزء المتبقي من المعدن من الفحم ؛ X - منتج سائل بعد فصل الغاز ؛ LU - غاز الوقود HC - الإيثان الثالث عشر - البروبان الرابع عشر - البيوتان ؛ الخامس عشر - جزء البنزين للتنقية والإصلاح ؛ السادس عشر - نواتج التقطير المتوسطة للتكرير ؛ السابع عشر-

تدخل نواتج التقطير الثقيل من فواصل الغاز إلى عمود الغلاف الجوي ، حيث يتم فصلها إلى جزء بنزين (28-193 درجة مئوية) ، ونواتج تقطير متوسطة (193-216 درجة مئوية) ونواتج تقطير ثقيلة (216-482 درجة مئوية). تم تشكيل تعليق الفحم في المرحلة الأولى من الفصل في فواصل الغاز ، وينقسم إلى تيارين: يتم تغذية أحدهما إلى الإزاحة بالفحم الأصلي ، والآخر - إلى عمود الفراغ. من الجزء العلوي لعمود التفريغ ، يتم تفريغ جزء من ناتج التقطير السائل الموجود في المعلق في عمود الغلاف الجوي ، والباقي من الأسفل يذهب للحصول على غاز التوليف المستخدم لإنتاج الهيدروجين أو كوقود ،

استنادًا إلى الفحم الحجري الجاف منزوع القار ، يكون إنتاج المنتجات في عملية EIS-C عند استهلاك الهيدروجين بنسبة 4.4٪ (بالوزن) هو [٪ (بالوزن)]:

تهدف عملية الذوبان الحراري للفحم EDS ("Exxon Donor Solvent") إلى إنتاج الزيت الاصطناعي مع معالجته اللاحقة في وقود المحركات. وفقًا لهذه التقنية ، يتم خلط الفحم بعد الطحن والتجفيف بمذيب مانح للهيدروجين الساخن. مثل الأخير ، يتم استخدام جزء من 200-430 درجة مئوية من المنتج السائل للعملية ، والذي يتم هدرجة مبدئيًا في جهاز بطبقة ثابتة من محفز Co-Mo. يتم تغذية الخليط في مفاعل تدفق تصاعدي مع الهيدروجين الغازي ، حيث يحدث الانحلال الحراري للفحم عند درجة حرارة 430-480 درجة مئوية وضغط 14-17 ميجا باسكال. يتم فصل المنتجات التي تم الحصول عليها (في فاصل الغاز والتقطير الفراغي) إلى غازات وأجزاء تغلي حتى 540 درجة مئوية وبقايا> 540 درجة مئوية ، والتي تحتوي أيضًا على الفحم والرماد غير المتفاعلين. يعتمد إنتاجية المنتج ومعدل التحويل ومعلمات العملية الأخرى على نوع الفحم الذي تتم معالجته. يتأثر إنتاج وتركيب المنتجات السائلة أيضًا بإعادة تدوير المخلفات. على سبيل المثال ، في. في التصميم التكنولوجي المتنوع للعملية (بدون إعادة تدوير المخلفات- I ومع إعادة تدوير المخلفات- II) ، يكون ناتج الكسور: [٪ (بالوزن)]:

اعتمادًا على نوع المادة الخام ، يمكن أن يختلف إنتاج المنتجات السائلة على الفحم الجاف والمفكك مع إعادة تدوير كاملة للبقايا من 42 إلى 51٪ (بالوزن) ، وعائد الغازات Ci-C 3 - من 11 إلى 21 ٪ (بالوزن). يجب معالجة جميع الأجزاء الناتجة بالهيدروجين لإزالة الكبريت والنيتروجين. يزداد محتوى المركبات غير المتجانسة مع زيادة درجة غليان الكسور.

تم اقتراح نوعين مختلفين من المخطط التكنولوجي لعملية EDS ، يختلفان في طرق إنتاج الهيدروجين وغاز الوقود. في المتغير الأول ، يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق إعادة التشكيل البخاري للغازات الخفيفة التي تشكل جزءًا من منتجات العملية ، ويتم الحصول على غاز الوقود عن طريق معالجة بقايا التقطير الفراغي للمنتج السائل للعملية في وحدة تكويك مع تغويز فحم الكوك ("التكويك المرن ") ، والتي تنتج في نفس الوقت كمية إضافية من المنتجات السائلة الخفيفة. تبلغ الكفاءة الحرارية لمثل هذه العملية حوالي 56٪.

يوفر الخيار الثاني أقصى قدر من المرونة في مجموعة المنتجات. تتم معالجة حوالي نصف بقايا التفريغ في وحدة Flexicoking للحصول على المنتجات السائلة وغاز الوقود ، ويتم إنتاج الهيدروجين من الكمية المتبقية. وبالتالي ، فإن الغازات الهيدروكربونية الخفيفة التي يتم الحصول عليها عن طريق الذوبان الحراري هي منتج تجاري. تصل الكفاءة الحرارية لهذا الخيار إلى 63٪.

على أساس تقنية EDS في الولايات المتحدة ، تم تشغيل مصنع تجريبي بسعة 250 طنًا من الفحم يوميًا في عام 1980 ، وبلغت الاستثمارات الرأسمالية في بنائه 370 مليون دولار. 1.4 مليار دولار (بأسعار 1982) .

تشتمل مزايا عمليات الذوبان الحراري على درجة حرارة تشغيل أقل مما هي عليه في الانحلال الحراري للفحم وإمكانية تغيير جودة المنتج السائل الناتج على نطاق واسع نسبيًا عن طريق تغيير معلمات العملية. في الوقت نفسه ، أثناء الانحلال الحراري ، يتم إجراء تحويل عميق للفحم تحت ضغط عملية مرتفع ، وتهيمن المركبات الجزيئية على تكوين المنتجات الناتجة. يرجع وجود هذا الأخير إلى حقيقة أنه في درجات حرارة منخفضة بالفعل ، تبدأ عمليات إعادة تكوين الجذور الحرة الناتجة ، مصحوبة بتكوين هياكل عطرية ثانوية تكون أقل تفاعلًا من المادة العضوية الأولية للفحم. لا يمكن لوجود مانحات الهيدروجين والهيدروجين الجزيئي المذاب في المعجون في خليط التفاعل أن يمنع حدوث هذه العمليات بشكل كافٍ. في التطبيق الصناعي لهذه الطريقة ، ينشأ عدد من الصعوبات. هناك مشكلة فنية صعبة تتمثل في فصل الفحم غير المتفاعل والرماد عن المنتجات السائلة. يكون المنتج المستهدف الناتج سائلًا في ظل ظروف المعالجة ، ولكن في ظل الظروف العادية يمكن أن يكون شبه صلب وحتى صلب ، مما يصعب نقله وتخزينه ومعالجته إلى منتجات نهائية.

الهدرجة الحفزية. يمكن زيادة درجة تحويل الفحم ، وتحسين تكوين المنتجات السائلة الناتجة ، وانخفاض ضغط عملية الهدرجة باستخدام المحفزات. هذا الأخير يساهم في نقل الهيدروجين من المذيب إلى الكربون وتنشيط الهيدروجين الجزيئي وتحويله إلى شكل ذري.

بدأ البحث في مجال المعالجة المباشرة للهدرجة للفحم باستخدام المحفزات من قبل العلماء الألمان F. تم بناء 100 ألف طن سنويًا من المنتجات السائلة (عملية بيرجيوس-بير). بحلول بداية الأربعينيات من القرن الماضي ، كانت هناك بالفعل 12 شركة من هذا النوع تعمل في ألمانيا ، والتي تنتج ما يصل إلى 4.2 مليون طن من وقود المحركات سنويًا ، وخاصة بنزين الطائرات. في عام 1935 ، تم بناء مؤسسة هدرجة الفحم في إنجلترا ، وفي الولايات المتحدة الأمريكية ، تم تنفيذ العمل في هذا المجال في مصنع تجريبي كبير في الفترة 1949-1953.

في الاتحاد السوفياتي ، بدأ البحث عن هدرجة الفحم المنزلي بواسطة N.M Karavaev و I.B. Rapoport في عام 1929. وفي وقت لاحق ، قدم A. كارزيف وعدد من العلماء السوفييت الآخرين. في عام 1937 ، تم تصميم أول مصنع في بلدنا لمعالجة هدرجة الفحم البني ودخل حيز التشغيل في مدينة خاركوف. بحلول بداية الخمسينيات من القرن الماضي ، تم بناء العديد من الشركات المماثلة.

في المنشآت الصناعية في تلك السنوات ، تم استخدام مخططات معالجة الفحم من ثلاث وأربع مراحل. في مرحلة هدرجة الطور السائل ، تعرض العجينة - 40٪ فحم و 60٪ منتج فحم عالي الغليان مع إضافة حفاز حديد - لغاز الهيدروجين عند درجة حرارة 450-490 درجة مئوية وضغط يصل حتى 70 ميجا باسكال في نظام من ثلاثة أو أربعة مفاعلات مرتبة تباعاً. كانت درجة تحويل الفحم إلى منتجات سائلة وغاز 90-95٪ (وزن). نظرًا لعدم تطوير الطرق الاقتصادية لتجديد المحفز في ذلك الوقت ، تم استخدام محفزات منخفضة النشاط رخيصة في معظم الحالات تعتمد على أكاسيد الحديد والكبريتيدات. بعد المرور عبر نظام المفاعلات والفاصل الساخن عند درجة حرارة 440-450 درجة مئوية ، تمت إزالة الغاز المتداول المحتوي على الهيدروجين والمنتجات السائلة من الأعلى. ثم ، في الفاصل البارد ، يُفصل الغاز عن السائل ، وبعد الغسل يُعاد إلى الدورة الممزوجة بالهيدروجين الطازج. بعد تخفيض الضغط على مرحلتين لفصل الغازات الهيدروكربونية والماء ، تعرض المنتج السائل للتقطير ، مع فصل جزء بنقطة غليان نهائية تصل إلى 320-350 درجة مئوية وبقايا (زيت ثقيل ، كان تستخدم لتخفيف حمأة الهدرجة قبل الطرد المركزي).

تم تنفيذ هدرجة المرحلة السائلة وفقًا لمخططين: دورة مغلقة (إعادة تدوير كاملة) من خلال عامل تشكيل العجينة ومع وجود فائض من الزيت الثقيل. وفقًا للمخطط الأول ، تم تشغيل غالبية محطات الهدرجة ، وتركز بشكل أساسي على إنتاج البنزين ووقود الديزل. عند العمل مع فائض من الزيت الثقيل ، زادت قدرة المنشأة للفحم بمقدار 1.5-2 مرة ، ولكن يجب أن يخضع الزيت الثقيل لمعالجة هدرجة منفصلة إلى منتجات غليان أخف أو يستخدم لإنتاج فحم الكوك الكهربائي.

أثناء معالجة الفحم بدورة مغلقة وفقًا لعامل تشكيل العجينة ، كان ناتج المنتجات السائلة المغلية عند درجات حرارة تصل إلى 320 درجة مئوية 55-61٪ (كتلة) عند استهلاك الهيدروجين حتى 6٪ (الكتلة) ). هذه المنتجات ، التي تحتوي على 10-15٪ فينولات ، 3-5٪ قواعد نيتروجينية ، و 30-50٪ هيدروكربونات عطرية ، تعرضت بعد ذلك لهدرجة طور بخار على مرحلتين على طبقة ثابتة من محفزات التكسير بالهيدروجين. بلغ العائد الكلي للبنزين برقم أوكتان 80-85 حسب طريقة المحرك 35٪ (بالوزن) ، ومع الإنتاج المتزامن للبنزين ووقود الديزل ، بلغ الناتج الإجمالي حوالي 45٪ (بالوزن) في حساب الفحم الأولي ؛ تم الحصول على الهيدروجين عن طريق تغويز الفحم أو شبه الكوك.

تم إرسال الحمأة التي تحتوي على ما يصل إلى 25٪ من المواد الصلبة للمعالجة ، وهي المرحلة الأكثر تعقيدًا واستهلاكًا للطاقة في الدورة التكنولوجية بأكملها. بعد التخفيف بجزء ثقيل من الهيدروجين إلى محتوى مواد صلبة بنسبة 12-16٪ (بالوزن) ، تعرضت الحمأة للطرد المركزي. تمت معالجة المتبقي الذي يحتوي على مواد صلبة بنسبة 40٪ تقريبًا بواسطة فحم الكوك شبه في أفران دوارة أسطوانية بسعة 10-15 طنًا / ساعة ، وتم خلط منتجات فحم الكوك السائل الخفيفة مع جزء ناتج التقطير للهيدروجين. تم إرجاع تقطير الزيت الثقيل الناتج عن الطرد المركزي إلى دورة المعكرونة.

استلزم النشاط المنخفض للعامل الحفاز ، والصعوبات في معالجة الحمأة ، وعوامل أخرى استخدام ضغوط عالية وكميات كبيرة من الهيدروجين في العملية. كان للمنشآت إنتاجية منخفضة للوحدة ، وتميزت بكثافة كبيرة للطاقة.

في مختلف المجالات ، أمشاط I S ° Z Dany p ° من الجيل الثاني R ° في بلدان مختلفة ، وخاصة في الاتحاد السوفياتي والولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا

في تطوير هذه العمليات ، كان التركيز الرئيسي للبحث على تقليل ضغط إنتاجية المعدات ، وخفض التكاليف ، وتحسين معالجة الحمأة وتجديد المحفز. حتى الآن ، تم اقتراح حوالي 20 خيارًا للتصميم التكنولوجي لعمليات التسييل التحفيزي المباشر للهدرجة للفحم في مصانع الدردار ، من المعامل إلى المصانع التجريبية ، بسعة 50 إلى 600 طن / يوم للفحم الفوسفوري.

BergiusN-Pipia FRG تم تطوير ما يسمى بـ "التكنولوجيا الألمانية الجديدة" لهدرجة الفحم على أساس عملية R U Pira المستخدمة سابقًا باستخدام محفز حديد غير قابل للاسترداد. على عكس العملية القديمة ، يتم استخدام نواتج التقطير المتداولة لعمل عجينة (بدلاً من فائض جهاز الطرد المركزي). يتم فصل المنتجات السائلة عن المخلفات الصلبة عن طريق التقطير الفراغي (بدلاً من الطرد المركزي) ، ويتم تحويل الحمأة إلى غاز لإنتاج الهيدروجين. في بوتروب (ألمانيا) على أساس هذا الجديد

من بين عمليات الهدرجة التحفيزية للفحم المطورة في الخارج ، تعد عملية H-Coa1 (الولايات المتحدة الأمريكية) واحدة من أكثر العمليات استعدادًا للتنفيذ الصناعي. وفقًا لهذه التقنية ، تتم هدرجة الطور السائل باستخدام طبقة مميعة من محفز Co-Mo نشط مشتت بدقة وفقًا للمخطط الموضح في الشكل. 3.3

يتم خلط الفحم الجاف المسحوق بمنتج الهدرجة المعاد تدويره لتكوين عجينة تحتوي على 35-50٪ (وزن) من الفحم ، يتم بعد ذلك إدخال الهيدروجين المضغوط فيه. يتم تسخين الخليط الناتج وتغذيته تحت شبكة التوزيع في المفاعل باستخدام طبقة محفز مميعة. تتم العملية عند درجة حرارة 425-480 درجة مئوية وضغط حوالي 20 ميجا باسكال. تتم إزالة نواتج التفاعل والفحم غير المحول باستمرار من المفاعل في الأعلى ، والمحفز المستهلك في الأسفل. يضمن الدوران والتجديد المستمر للمحفز الحفاظ على نشاطه العالي.

يتم فصل الأبخرة التي يتم إزالتها من المفاعل ، بعد التكثيف ، إلى هيدروجين وغازات هيدروكربونية ونواتج تقطير خفيفة. يتم إرسال الغازات للتنقية ، والهيدروجين لإعادة تدويرها. تدخل المنتجات السائلة من أعلى المفاعل إلى الفاصل ، حيث يتم فصل جزء منه ، ثم يتم تعريضه للتقطير للحصول على نواتج التقطير الخفيفة والثقيلة. من الأول ، يتم الحصول على كسور البنزين والديزل. ينقسم المنتج المتبقي الذي يتم تفريغه من قاع الفاصل إلى حلزونات حلزونية هيدروليكية إلى تيارين: بمحتوى منخفض وعالي من المواد الصلبة.

يتم استخدام التيار الأول كعامل تشكيل معجون ، ويتم معالجة التيار الثاني بمرسب ، ويتم تحويل الحمأة المنفصلة التي تحتوي على ما يصل إلى 50٪ من الجسيمات الصلبة إلى غاز لإنتاج الهيدروجين. يخضع المنتج السائل المتبقي بعد فصل الحمأة للتقطير الفراغي للحصول على ناتج تقطير ثقيل وبقايا تستخدم كوقود مرجل.

يصل محصول المنتجات المستهدفة في عملية "H-Coa1" إلى 51.4٪ (بالوزن) على الكتلة العضوية للفحم ، بما في ذلك جزء البنزين (28-200 درجة مئوية) -25.2٪ (بالوزن) ، نواتج التقطير المتوسطة (200 - 260 درجة مئوية) - 12.9٪ (وزن) ونواتج التقطير الثقيلة - 13.3٪ (وزن). يبلغ استهلاك الهيدروجين لهدرجة الطور السائل 4.7٪ (بالوزن). تم تنفيذ العملية في محطة تجريبية بطاقة فحم تبلغ 600 طن في اليوم.

في بلدنا ، أجرى معهد الحفريات القابلة للاحتراق (IGI) ، جنبًا إلى جنب مع معاهد Grozgiproneftekhim و VNIIneftemash ، مجموعة واسعة من الدراسات في السبعينيات في مجال معالجة الهدرجة للفحم السائل.

أرز. 3.3 مخطط عملية تسييل الهدرجة للفحم "H-Coa1":

1 مرحلة تحضير الفحم. 2 - سخان 3 - مفاعل ذو طبقة مميعة من المحفز ؛ 4 - مكثف 5 - وحدة استخلاص الهيدروجين. 6 - فاصل عالي السرعة ؛ 7 - عمود الغلاف الجوي. 8 - هيدروسيكلو ؛ 9 - فاصل 10 - عمود الفراغ ؛ 1 - الفحم الثاني - الهيدروجين III - نواتج التقطير الثقيلة المعاد تدويرها ؛ رابعا - معجون V هو مستوى الهدرجة. VI - مستوى المحفز المميع ؛ سابعا - محفز متجدد ؛ الثامن - المرحلة البخارية والغازية ؛ التاسع - المرحلة المكثفة ؛ X - محفز مستهلك ؛ الحادي عشر - سائل الثاني عشر - الراتنجات ثالث عشر - الهيدروكربونات الغازية والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين لفصل وإنتاج الكبريت ؛ الرابع عشر - نواتج التقطير الخفيفة للتكرير ؛ الخامس عشر - نواتج التقطير الثقيلة ؛ السادس عشر - بقايا الزيت غير المعاد تدويرها لإنتاج الهيدروجين ؛ نواتج التقطير الثقيلة السابع عشر للتكرير ؛ الثامن عشر-

وقود جديلة الوقود المتبقي. نتج عن البحث جديد العملية التكنولوجية(عملية IGI) ، والتي بفضل استخدام محفز نشط متجدد ومضافات مثبطة ، واستخدام تقنية معالجة الحمأة المتقدمة وعدد من الحلول التكنولوجية الأخرى ، كان من الممكن تقليل الضغط إلى 10 ميجا باسكال مع ضمان ارتفاع عائد منتجات الهدرجة السائلة. أدى تقليل ضغط العملية إلى خفض كبير في التكاليف الرأسمالية والتشغيلية المحددة ، وجعل من الممكن استخدام مفاعلات عالية الأداء بسعة 250-500 م 3 ، والتي تستخدم بالفعل في صناعة تكرير النفط. يتم اختبار عملية IGR في مصانع تجريبية كبيرة.

وفقًا لتقنية IGI ، يتم سحق الفحم مبدئيًا عن طريق التكسير إلى حجم جسيم يبلغ 5-13 مم ، ويتم تعريضه للتجفيف عالي السرعة في غرف دوامة لمحتوى رطوبة متبقية بنسبة 1.5٪ (بالوزن) ، ثم يتم سحقه بشكل ثانوي بواسطة طحن بالاهتزاز بحجم جسيمي أقل من 100 ميكرون.

يتم تطبيق محفز بنسبة 0.2٪ Mo و 1.0٪ Fe (III) على الفحم المسحوق. هذا المزيج يجعل من الممكن تحقيق درجة تحويل الكتلة العضوية للفحم تصل إلى 83٪ ، ويتم ضمان أقصى نشاط للمحفز عند تطبيقه من المحلول على الفحم المجفف. يعتبر الطحن بالاهتزاز المشترك لأملاح الفحم الحفاز فعالًا أيضًا ، حيث أن هذا يفتح المسام الدقيقة لهيكل الكتلة العضوية للفحم ويضمن ترسيبًا كاملًا وموحدًا للمحفز على سطح الفحم.

بالإضافة إلى المحفز ، يمكن إدخال مثبطات في منطقة التفاعل ، مثل الكينولين والأنثراسين والمركبات الأخرى التي تعمل على استقرار الجذور الحرة وتنشيط تدمير الجزء العضوي من الفحم بسبب إطلاق الهيدروجين الذري أثناء تحللها. يوفر إدخال 1-5٪ من هذه المواد المضافة زيادة في درجة تحويل الفحم وإنتاج المنتجات السائلة بنسبة 10-15٪.

يدخل الفحم الحفاز المطبق عليه في نظام تحضير المعكرونة. كعامل تشكيل معجون ، يتم استخدام نواتج تقطير الفحم بنقطة غليان 300-400 درجة مئوية ، والتي يتم هدرجة مبدئيًا تحت ضغط 10 ميجا باسكال في مرحلة منفصلة. من أجل إجراء العملية بشكل طبيعي ، يتم تحضير العجينة بنسبة متساوية من الفحم والمذيب ؛ مع وجود محتوى أعلى من الفحم ، يصعب نقل العجينة في النظام بسبب اللزوجة العالية. عجينة زيت الفحم ، التي يتم إدخال الهيدروجين الغازي إليها ، يتم تسخينها مسبقًا في فرن أنبوبي وتدخل في نظام المفاعلات المجوفة غير المسخنة بسرعة فراغية تبلغ 1.0-1.5 ساعة -1. أثناء بقاء العجينة في المفاعل (30-60 دقيقة) ، تستمر تفاعلات هدرجة الفحم مع تكوين غازات الهيدروكربون (٪ -C4 ، الأمونيا ، كبريتيد الهيدروجين وأكاسيد الكربون [حتى 10٪ (بالوزن)] ، الماء والمنتجات السائلة: نظرًا لاستمرار العملية مع إطلاق الحرارة ، يتم إدخال غاز بارد يحتوي على الهيدروجين في المفاعلات للتحكم في درجة الحرارة ؛ كما أنه يعمل كعامل خلط.

يتم إرسال نواتج تفاعل الهدرجة من المفاعل إلى فاصل ساخن. من أعلى الفاصل ، يتم تفريغ تيار غاز بخاري يحتوي على غازات ومنتجات سائلة خفيفة ، ومن القاع - الحمأة ، التي تتكون من منتجات سائلة تغلي فوق 300-325 درجة مئوية ، وفحم غير متفاعل ، ورماد ومحفز.

المحتوى الكلي للمواد الصلبة لهذه الحمأة هو 10-15٪ (وزن). يتم تبريد تيار بخار الغاز وفصله إلى جزء سائل وغاز هيدروكربوني يحتوي على 75-80٪ (حجم) من الهيدروجين وهيدروكربونات C1-C4 والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين وأكاسيد الكربون. بعد فصل الغازات الأخرى عن طريق الامتزاز قصير الدورة ، يتم إرجاع الهيدروجين إلى العملية. يستخدم الغاز الهيدروكربوني لإنتاج الهيدروجين بنسبة 50-60٪ من استهلاكه في العملية. يتم إنتاج باقي الهيدروجين المطلوب في مصنع منفصل عن طريق تغويز الفحم أو المخلفات من معالجة الحمأة.

الجدول 3.6. توصيف المنتجات السائلة لعمليات هدرجة الفحم المختلفة مقارنة بالنفط

تتم معالجة الحمأة ، وهي واحدة من أكثر مراحل العملية تعقيدًا من الناحية الفنية ، في مخطط IGI على مرحلتين. في المرحلة الأولى ، يتم ترشيح الحمأة إلى محتوى المواد الصلبة المتبقية بحوالي 30٪ (بالوزن) ، وفي الثانية يتم تعريضها للتقطير الفراغي لمحتوى 50-70٪ (بالوزن) من المواد الصلبة في البقايا الناتجة . يتم حرق هذا المنتج المتبقي في فرن حلزوني قاع سائل. أثناء الاحتراق ، يمر الموليبدينوم بنسبة 97-98٪ إلى الطور الغازي (1M02O3) ويترسب على الرماد ، ثم يتم استخراجه من خلال طرق المعالجة بالمياه المعدنية لإعادة استخدامه. يمكن استخدام الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق لتوليد 2.5 - 2.8 ألف كيلوواط ساعة من الكهرباء ، أو 11 طنًا من البخار لكل طن من بقايا الحمأة.

تختلف المنتجات السائلة لمعالجة هدرجة الفحم عن الزيت العادي في التكوين الأولي ومحتوى الهيدروجين المنخفض ، وكذلك في وجود كميات كبيرة من المركبات والألكينات المحتوية على النيتروجين والأكسجين (الجدول 3.6). لذلك ، من أجل الحصول على وقود المحركات التجارية ، يجب أن يخضعوا لعملية هدرجة الغاز الثانوية.

في مخطط عملية IGI ، يتم إجراء المعالجة المائية لناتج التقطير العريض لهدرجة الفحم في الطور السائل بنقطة غليان تصل إلى 400 درجة مئوية تحت ضغط 10 ميجا باسكال بالتتابع في منطقتين لدرجة حرارة المفاعل من أجل تجنب تفاعلات البلمرة غير المرغوب فيها التي تؤدي إلى تكوين مركبات عالية الغليان. في المنطقة الأولى عند 230-250 درجة مئوية

الجزء المهدرج من الألكينات ، وهو الأكثر عرضة للبلمرة. بعد ذلك ، عند درجة حرارة 400 درجة مئوية ، يتم هدرجة الكتلة الرئيسية للألكينات والمركبات العطرية جزئيًا ؛ يحدث أيضًا تدمير المركبات المحتوية على الكبريت والأكسجين والنيتروجين. تتم المعالجة بالهيدروجين في وجود محفزات الألومنيوم - الكوبالت - الموليبدينوم المستخدمة على نطاق واسع في تكرير النفط. ومع ذلك ، في عدد من الحالات ، بسبب المحتوى العالي من المركبات غير المتجانسة في نواتج تقطير الفحم ، فإن هذه المحفزات ليست فعالة بدرجة كافية أو تتعرض للتسمم بسرعة. لذلك ، هناك حاجة إلى محفزات مستقرة جديدة.

ترد في الجدول خصائص نواتج التقطير الأولية لهدرجة الفحم البني باستخدام تقنية IGI ونواتج معالجتها بالهيدروجين. 3.7 نواتج التقطير الأولية لهدرجة الفحم في الطور السائل غير مستقرة. أثناء التخزين ، فإنها تغير اللون وتشكل رواسب غير قابلة للذوبان ، والتي تسببها وجود

الجدول 3.7. خصائص وحاصل نواتج التقطير لهدرجة الطور السائل للفحم البني ومنتجات معالجته بالهيدروجين

	نواتج التقطير الهدرجة	منتجات المعالجة المائية المقطرة
فِهرِس		المبالغ ar-th	و. ك. -180 درجة مئوية
الكثافة ، كجم / م 3 المحتوى ،
القواعد النيتروجينية
رقم اليود تكوين مجموعة الهيدروكربونات ، الهيدروكربونات العطرية البارافينات والنفثينات التركيب الجزئي ، درجة مئوية: 50٪ (حجم) سم مكعب تكوين عنصري المحصول إلى ناتج التقطير الأولي ،٪ (بالوزن)			86.01 13,98 0,01

التركيب بكميات ضئيلة من المركبات المحتوية على النيتروجين ذات الطبيعة غير الأساسية ، مثل البيرول. قد لا تتم إزالة هذه المركبات تمامًا أثناء المعالجة بالهيدروجين ، ومن أجل الحصول على منتجات مستقرة بشكل كافٍ ، يوصى بتضمين الامتزاز ونزع النتروجين الاستخلاصي لمنتج تقطير هدرجة واسع أو أجزاء منه في المخطط العام للعملية.

كسر ط. ك.- ناتج التقطير المعالج بالهيدروجين 180 درجة مئوية يحتوي على رقم أوكتان 66 (طريقة المحرك) ويتميز بمحتوى متزايد من الراتنجات الفعلية والمركبات النيتروجينية. للحصول على مكون من بنزين المحرك عالي الأوكتان ، يلزم معالجته العميقة بالهيدروجين وإعادة التشكيل اللاحقة. يحتوي جزء الديزل ، بسبب المحتوى العالي للهيدروكربونات العطرية ، على عدد منخفض نسبيًا من السيتان. يمكن استخدام جزء بنقطة غليان تبلغ 300-400 درجة مئوية ، يستخدم جزء منه كمكون لعامل تشكيل عجينة ، كمادة وسيطة للتكسير الهيدروجيني للحصول على كسور البنزين والديزل. يتم عرض التوازن المادي لهدرجة الفحم البني لحوض كانسك-آكينسك وفقًا لخيارين لتقنية IGR أدناه (في خيار البسط الأول - معالجة الحمأة إلى محتوى صلبة بنسبة 70٪ ، في خيار المقام الثاني - نفس النسبة 50٪):

~ استقبل

مأخوذة [٪ (wt.)] [٪ (wt.)]

بما فيها:		ديزل
		وقود المرجل
عامل حفاز		الغاز للإنتاج
المانع
الهيدروجين (مع		كبريتيد الهيدروجين
		ثاني أكسيد الكربون

كما يتضح ، مع المعالجة الكاملة للفحم ، يتم الحصول على 45-55 ٪ (كتلة) من وقود المحركات والمنتجات الكيميائية.

يمكن أيضًا الحصول على وقود الطائرات من النوع TS-1 من منتجات تسييل الفحم باستخدام طريقة IGR. للقيام بذلك ، يجب أن يمر الجزء 120-230 درجة مئوية المعزول من ناتج التقطير الكلي لهدرجة الطور السائل بعد "إزالة الفينولات" بثلاث مراحل متتالية: الهدرجة بدرجة حرارة منخفضة (6 ميجا باسكال ، 230 درجة مئوية ، ألمنيوم واسع المسام- محفز نيكل موليبدينوم) ، معالجة بالهيدروجين (6 ميجا باسكال ، 380 درجة مئوية ونفس المحفز) وهدرجة الهيدروكربونات العطرية (6 ميجا باسكال ، 290 درجة مئوية ، محفز كبريتيد الألومنيوم البلاديوم التجاري). المرحلة الثالثة ضرورية إذا كان الجزء المعالج بالهيدروجين 120-230 درجة مئوية يحتوي على أكثر من 22٪

أرز. 3.4. مخطط إنتاج وقود المحركات بهدرجة الفحم باستخدام تقنية IGI - Grozgipro-Neftekhim:

1-تحضير الفحم. 2 - تسييل الفحم. 3 - إنتاج الهيدروجين. 4 - عزل المخلفات الصلبة ؛ 5 6 ، 10 - تصحيح ؛ 7 - وحدة التخلص من الحمأة ؛ 8 - عزل الفينولات. 9 - الهدرجة 11 - المعالجة المائية وإعادة التشكيل ؛ 12 ، 14 - التكسير الهيدروجيني ؛ 13 - الأزمرة والهدرجة ؛

1 - الفحم 11 - عجينة سابقة ؛ ثالثا - محفز IV- الهيدروجين الخامس - الغازات C 4 و CO ؛ سادسا - المنتجات السائلة للهدرجة ؛ السابع - Г4Нз و Нг $ و CO2 ؛ الثامن - الكسر> 400 درجة مئوية ؛ التاسع - بقايا صلبة ؛ X - الماء الحادي عشر - فيول ، كريسول ؛ الثاني عشر - "جزء من n. ك - 180 درجة مئوية ؛ الثالث عشر - كسر 180-300 درجة مئوية ؛ الرابع عشر - كسر 300-400 درجة مئوية ؛ الخامس عشر - رماد لإنتاج مواد البناء ؛ السادس عشر - عملية البخار ؛ السابع عشر - الكهرباء. الثامن عشر - البنزين ؛ التاسع عشر - وقود الطائرات XX - وقود الديزل

^ الكتلة) الهيدروكربونات العطرية. لكن البيانات.

من خلال تضمين المخطط التكنولوجي لمجموعات مختلفة من العمليات لمعالجة المنتج المهدرج وأجزائه في عملية IGI ، من الممكن تغيير نسبة البنزين ووقود الديزل الناتج - من 1: 0 إلى 1: 2.6. لتعظيم إنتاج البنزين ، يمكن تكسير أجزاء الديزل بالهيدروجين. يظهر مخطط الحصول على وقود المحركات وفقًا لأحد الخيارات القائمة على تقنية IGI في الشكل. 3.4. عند تنظيم إنتاج 3 ملايين طن سنويًا من وقود المحركات بموجب هذا المخطط ، ستكون هناك حاجة إلى 19.7 مليون طن سنويًا من الفحم البني من حوض كانسك-آكينسك ، بما في ذلك 9 ملايين طن للهدرجة ، و 3 ملايين طن للتغويز لإنتاج الهيدروجين و 7.3 مليون طن لاحتياجات الطاقة. في هذه الحالة ، يمكن إنتاج المنتجات التالية (مليون طن سنويًا): البنزين - 1.45 ، وقود الديزل - 1.62 ، الغازات المسالة - 0.65 ، الأمونيا - 0.07 والكبريت - 0.066. الحرارية k. و. من هذا الإنتاج 55٪.

في العمليات الأجنبية لهدرجة الفحم ، من المخطط أيضًا استخدامه خيارات مختلفةتكرير وإعادة تدوير المنتجات السائلة. على سبيل المثال ، في مشروع مجمع لمعالجة 30 ألف طن يوميًا من الفحم القاري على أساس عملية BIS-I ، تخضع جميع منتجات الهدرجة السائلة للتكسير الهيدروجيني بدرجة تحويل تبلغ حوالي 50٪. يجب إرسال جزء البنزين الناتج بعد المعالجة المائية الإضافية إلى إعادة التشكيل للحصول على مكون بنزين محرك بدرجة أوكتان 100 (طريقة البحث). بشكل عام ، من المتوقع أن يستقبل المجمع المنتجات التالية (ألف طن في اليوم): بنزين السيارات - 2.78 ، نواتج التقطير الوسطى - 8.27 ، زيت الوقود الثقيل - 4.75 ، الغازات المسالة - 0.64 ، والكبريت - 0.12. تقدر التكاليف الرأسمالية لبناء المجمع بحوالي 5.7 مليار دولار (بأسعار 1982). ستكون تكاليف التشغيل السنوية عند حمل قدرة 90٪ (بملايين الدولارات): تكلفة الفحم - 420 ، تكاليف الطاقة - 101 ، المواد الحفازة والمواد الكيميائية - 77 ، مواد التشغيل - 114 ، صيانة الموظفين (1900 فرد) - 79.

كما تظهر التقديرات المتاحة ، فإن التكاليف المنخفضة لإنتاج وقود المحركات من الفحم بطريقة الهدرجة باستخدام التقنيات المطورة حتى الآن أعلى بعدة مرات من تكاليف الحصول عليها من اللقيم البترولي بمتوسط ​​تكلفة إنتاج الأخير. ومع ذلك ، يمكن تقليل فرق التكلفة عند مقارنته بالوقود المنتج من النفط المنتج ، على سبيل المثال ، من خلال تقنيات الاستخراج المعزز للنفط أو من المناطق البحرية العميقة في البحر.

تهدف أعمال البحث والتطوير الجارية في مجال معالجة هدرجة الفحم في العديد من البلدان إلى تحسين التصميم التكنولوجي والأدوات للعمليات ، وتطوير محفزات وإضافات جديدة ، وزيادة كفاءة الطاقةكل المراحل. يمكن أن توفر عمليات البحث هذه تخفيضًا في تكاليف الوحدة للحصول على وقود المحركات من الفحم. يجب اعتبار مجموعة من عمليات هدرجة الفحم والتغويز في تدفق واحد دون تعقيد مراحل فصل منتجات التسييل وبدون فقد الطاقة التي يتم إنفاقها على تسخين المواد الخام أمرًا واعدًا.

تغويز الفحم وتصنيع الوقود الهيدروكربوني

عند الحصول على وقود المحرك من الفحم عن طريق التسييل غير المباشر ، فإن المرحلة الأولى هي التغويز.

تغويز الوقود الصلب هو عملية حرارية يتم خلالها تحويل الجزء العضوي من الوقود في وجود عوامل مؤكسدة (الهواء أو الأكسجين التقني ، وبخار الماء) إلى خليط من الغازات القابلة للاحتراق.

في بداية القرن التاسع عشر ، تم استخدام الغاز الناتج عن تقطير الفحم لإضاءة الشوارع في المدن الكبرى حول العالم. في البداية ، تم الحصول عليه من خلال عملية التكويك ، ولكن بحلول منتصف القرن ، تم إجراء تغويز بدون مخلفات لفحم الكوك والفحم على نطاق صناعي بشكل دوري ، ثم في مولدات الغاز العاملة باستمرار. في بداية هذا القرن ، كان تغويز الفحم منتشرًا في العديد من دول العالم ، وذلك بشكل أساسي لإنتاج غازات الطاقة. بحلول عام 1958 ، كان يعمل في الاتحاد السوفياتي حوالي 2500 من مولدات الغاز من مختلف الأحجام والتصميمات ، مما ضمن إنتاج حوالي 35 مليار متر مكعب سنويًا من الطاقة والغازات المعالجة من أنواع مختلفة من الوقود الصلب. ومع ذلك ، نظرًا للنمو السريع اللاحق في إنتاج ونقل الغاز الطبيعي ، فقد انخفض حجم تغويز الوقود الصلب في بلدنا وفي الخارج بشكل كبير.

يتم تغويز الفحم في درجات حرارة عالية وهي عملية فيزيائية وكيميائية متعددة المراحل. تتفاعل الكتلة العضوية للفحم ، وخاصة الكربون ، والتي هي جزء منه ، مع المؤكسدات الغازية. في هذه الحالة ، تحدث التفاعلات الأولية التالية للكربون مع الأكسجين وبخار الماء:

بالإضافة إلى نواتج التفاعل المشار إليها ، أثناء تغويز الفحم ، تتشكل منتجات الانحلال الحراري في المرحلة الأولى من تسخينها.

* تعطى درجات حرارة التفاعلات عند درجة حرارة 15 درجة مئوية وضغط 0.1 ميجا باسكال.

ليزا. أثناء عملية التغويز ، كقاعدة عامة ، يتحول الجزء العضوي بالكامل تقريبًا من الفحم إلى غاز ، وفي بعض الحالات ، جزئيًا إلى قطران ، ويشكل الجزء المعدني مع خليط صغير من الوقود غير المتفاعل رمادًا أو خبثًا سائلًا.

على عكس الهدرجة ، لا تحتوي متطلبات المواد الخام لعمليات التغويز على قيود كبيرة على مرحلة التحول والتكوين الصخري ، ولكن دور القوة الميكانيكية والحرارية والتلبيد ومحتوى الرطوبة والرماد والكبريت مهم جدًا. يتم تقليل عدد من القيود المفروضة على هذه المعلمات بعد المعالجة المسبقة للفحم - التجفيف ، والأكسدة ، وما إلى ذلك. إن أهم مؤشر لاستخدام الفحم في عمليات تغويز معينة هو درجة حرارة انصهار بقايا الرماد. يحدد نطاق درجة حرارة العملية الرئيسية واختيار نظام إزالة الرماد.

يعتمد نشاط الوقود الصلب ومعدل التغويز إلى حد كبير على المكونات المعدنية التي تعمل كمحفزات. يمكن تمثيل التأثير الحفاز النسبي للعناصر النزرة من الفحم الأحفوري أثناء التغويز بالسلسلة التالية:

تشمل المعلمات الرئيسية التي تميز العمليات الفردية لتغويز الوقود الصلب ما يلي: طريقة إمداد منطقة التفاعل بالحرارة ؛ طريقة لتزويد عامل تغويز ؛ نوع عامل التغويز درجة حرارة العملية والضغط ؛

طريقة تكوين المخلفات المعدنية وتفريغها. كل هذه المعلمات مترابطة ويتم تحديدها إلى حد كبير من خلال ميزات تصميم مولدات الغاز.

وفقًا لطريقة الإمداد الحراري اللازمة للتعويض عن التأثير الماص للحرارة لتفاعل الكربون مع بخار الماء ، تنقسم عمليات التغويز إلى حراري ذاتي وخاص بالحرارة. تستخدم عمليات الحرارة الذاتية على نطاق واسع ؛ في نفوسهم ، يتم الحصول على الحرارة عن طريق حرق جزء من الفحم الذي يتم إدخاله في العملية. في العمليات الحرارية ، يتم توفير الحرارة عن طريق التسخين المباشر للفحم بواسطة مادة تبريد صلبة أو سائلة أو غازية متداولة ، أو تسخين غير مباشر لسائل التبريد من خلال جدار المفاعل ، أو عن طريق عنصر تسخين مغمور في المفاعل.

لتنظيم عملية التفاعل بين الوقود والمؤكسد في المفاعل ، يتم استخدام طبقة متحركة مستمرة من الفحم الخشن ، وتدفق تيار مشترك من الفحم والمؤكسد في وضع الاحتباس ، وطبقة مميعة من الفحم الحبيبي الدقيق. في مولدات الغاز ذات القاعدة المستمرة ، يتم تنظيم الحركة الهبوطية للوقود المتكتل والحركة الصعودية لتدفق الغازات الساخنة. يحدد هذا المبدأ النشاط الكيميائي والحراري العالي للعملية ويسمح بتغويز معظم أنواع الفحم ، باستثناء الفحم المتكتل. إن الإنتاجية المحددة لمولدات الغاز هذه مقيدة بسحب الأجزاء الدقيقة من الفحم ، والتي يتم تعويضها جزئيًا عن طريق زيادة الضغط. تؤدي درجات الحرارة المعتدلة في الجزء العلوي من طبقة الفحم إلى زيادة محتوى الميثان في غاز المنتج [حتى 10-12٪ (حجمًا)] ، بالإضافة إلى تكوين كميات كبيرة من المنتجات الثانوية مثل القطران والسائل. الهيدروكربونات والفينولات.

يتم تحميل الفحم المسحوق في مولدات الغاز بطبقة مميعة - حجم الجسيمات هو 0.5-8.0 مم. يتم دعم وضع التميع من خلال إمداد عامل تغويز. يوفر المزج الجيد في الطبقة معدلات عالية من الحرارة وانتقال الكتلة ، وأثناء التغويز عمليًا ، لا يتم تكوين أي منتجات سائلة ثانوية. عادة لا يتجاوز محتوى الميثان في الغاز الناتج 4٪ (حجم). في الوقت نفسه ، في عمليات الطبقة المميعة ، يتم نقل جزيئات الوقود الصغيرة بعيدًا ، مما يقلل من درجة التحويل في مسار واحد ويعقد تشغيل المعدات في المراحل التكنولوجية اللاحقة.

تتم معالجة الفحم المسحوق في مولدات غازات السحب. يتم إدخاله في المفاعل في تدفق تيار مع انفجار بخار أكسجين ، بينما تصل درجة الحرارة في منطقة التفاعل إلى 2000 درجة مئوية. في مثل هذه المولدات الغازية يمكن معالجة جميع أنواع الفحم. تحدث التفاعلات فيها بمعدل مرتفع ، مما يضمن إنتاجية محددة عالية. لا يحتوي غاز المنتج عمليًا على الميثان والقطران والهيدروكربونات السائلة. ولكن نظرًا لارتفاع درجة حرارة التشغيل ، يكون استهلاك الأكسجين في مولدات الغاز هذه أكبر منه في مولدات الغاز ذات طبقة الوقود المستمرة أو المميعة ، ويتطلب نظام استرداد الحرارة الفعال لضمان الكفاءة الحرارية العالية. عند تشغيل مولدات الغاز هذه ، يجب على المرء أن يراقب بدقة طريقة إمداد المواد الخام ، نظرًا لوجود كمية صغيرة من الفحم في نفس الوقت في المفاعل ، فإن أي انتهاك للوضع يؤدي إلى توقف العملية.

يتمثل أحد خيارات التغويز بالحبس في استخدام ملاط ​​الفحم المائي بدلاً من الوقود المسحوق الجاف. هذا يسهل إمداد المفاعل بالوقود ويلغي الحاجة إلى استخدام أنظمة الوقود لتحميله.

عادةً ما تكون عوامل التغويز في عمليات التغويز هي الهواء والأكسجين والبخار. مع انفجار الهواء البخاري ، ليست هناك حاجة لوحدة فصل الهواء ، مما يقلل من تكلفة العملية ، ولكن الغاز الناتج منخفض السعرات الحرارية ، لأنه مخفف للغاية بالنيتروجين الجوي. لذلك ، في مخططات التغويز ، يتم إعطاء الأفضلية للانفجار البخاري والأكسجين ويتم تحديد نسبة البخار إلى الأكسجين حسب الظروف. تنفيذ العملية. في عمليات التحويل إلى غاز الهيدروجين ، يتم استخدام الهيدروجين كأحد عوامل التحويل إلى غاز ، ويتم الحصول على غاز عالي السعرات وغني بالميثان.

يمكن أن تختلف درجة حرارة التغويز ، اعتمادًا على التقنية المختارة ، على نطاق واسع - من 850 إلى 2000 درجة مئوية. يتم تحديد نظام درجة الحرارة من خلال تفاعل الفحم ودرجة حرارة انصهار الرماد والتركيب المطلوب للغاز الناتج. في العمليات الحرارية الذاتية ، يتم التحكم في درجة الحرارة في المفاعل بنسبة البخار: الأكسجين في الانفجار. بالنسبة للعمليات الحرارية ، فهي مقيدة بأقصى درجة حرارة تسخين ممكنة لسائل التبريد.

في عمليات التغويز المختلفة ، يمكن أن يختلف الضغط من الغلاف الجوي إلى 10 ميجا باسكال. تؤدي الزيادة في الضغط إلى خلق ظروف مواتية لزيادة درجة الحرارة وكفاءة الطاقة في العملية ، وتساهم في زيادة تركيز غاز الميثان في غاز المنتج. يُفضل التغويز تحت الضغط في حالات الحصول على الغاز ، والذي يستخدم بعد ذلك في التوليف ، والذي يتم إجراؤه عند ضغوط عالية (يتم تقليل تكاليف ضغط الغاز التخليقي). مع زيادة الضغط ، من الممكن زيادة معدل التغويز وطاقة الوحدة لمولدات الغاز. عند تغويز الوقود المتكتل والخشن الحبيبات ، يكون معدل التغويز متناسبًا مع الجذر التربيعي لقيمة الضغط ، وعند تغويز الوقود الدقيق والمسحوق ، يتناسب مع قيمة الضغط.

في مولدات الغاز مع إزالة الرماد السائل ، تتم العملية في درجات حرارة أعلى من نقطة انصهار الرماد (عادة أعلى من 1300-1400 درجة مئوية). تعمل مولدات الغاز "الرماد الجاف" في درجات حرارة منخفضة ، ويتم إزالة الرماد منها في صورة صلبة.

بالإضافة إلى أول أكسيد الكربون والهيدروجين ، يحتوي غاز التحويل إلى غاز على مركبات تحتوي على الكبريت والأمونيا ، وهي سموم للمحفزات للتخليق اللاحق ، بالإضافة إلى الفينولات والراتنجات والهيدروكربونات السائلة. تتم إزالة هذه المركبات في مرحلة التنقية بعد مولد الغاز. في عمليات التغويز الصناعية ، تُستخدم طرق الامتصاص الفيزيائي والكيميائي لهذه المكونات لتنظيف الغاز التخليقي من مركبات الكبريت وثاني أكسيد الكربون. يتم استخدام الميثانول وكربونات البروبيلين و N-methylpyrrolidone و sulfolane و diisopropanolamine و dimethyl and polyethylene glycols و ethanolamines وما إلى ذلك كممتصات.

لضمان النسبة المثلى لـ CO: Hg في غاز التخليق ، يشتمل المخطط التكنولوجي عادةً على خاص

الشكل 3.5: مخطط عملية تغويز الفحم 1 - تجفيف الفحم وطحنه ؛ 2_ - فصل الهواء ؛ 3 - التغويز ؛ 4 - استخدام الرماد أو الخبث ؛ 5 - تنقية الغاز الخام ؛ 6 - تحويل ثاني أكسيد الكربون ؛

أنا - الفحم الثاني - بخار الماء ثالثا - النيتروجين IV- أكسجين الخامس - الرماد أو الخبث ؛ سادسا - الغاز الخام سابعا - غاز منقى الثامن - NgB ، GShz ، الراتنجات ؛ /.X - غاز تخليقي ؛ X - C0 3

أي وحدة للتحويل التحفيزي لأول أكسيد الكربون بالبخار.

يظهر مخطط عملية التغويز مع إنتاج غاز تخليقي جاهز لمزيد من المعالجة في الشكل. 3.5

لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة الحرارية و. ه.يجب أن يعمل مولد الغاز عند ضغط مرتفع مع استهلاك منخفض للأكسجين وبخار الماء وفقد منخفض للحرارة. من المرغوب أيضًا الحصول على الحد الأدنى من المنتجات الثانوية أثناء التغويز وتكون العملية مناسبة لمعالجة أنواع الفحم المختلفة. ومع ذلك ، فإن بعض هذه العوامل متنافية. على سبيل المثال ، من المستحيل ضمان انخفاض استهلاك الأكسجين وبالتالي تجنب المنتجات الثانوية. لذلك ، في كل حالة محددة ، يلزم اختيار التركيبة المثلى لمعلمات العملية.

حاليًا ، تم تطوير أكثر من 50 نوعًا من مولدات الغاز ، ولكن فقط * أربعة منها وجدت تطبيقات صناعية: مولدات الغاز Lurgi و Winkler و Koppers-Totzek و Texaco. المؤشرات الرئيسية لعمليات التغويز التي تتم على أساس هذه الأجهزة موضحة في الجدول. 3.8

تم تطبيق عملية Lurgi لأول مرة على نطاق صناعي في عام 1936 في ألمانيا. في عام 1952 ، تم إنشاء الجيل الثاني من مولدات الغاز من هذا النوع ، وحتى الآن ، تم بناء أكثر من 100 منشأة بمولدات Lurgi في بلدان مختلفة. زادت إنتاجية الوحدة الواحدة من 8 إلى 75 ألف م 3 / ساعة للغاز الجاف.

في مولدات الغاز Lurgi ، يتم إدخال الفحم المقطوع في منطقة التفاعل من خلال قادوس محكم الإغلاق ويتم تحويله إلى غاز في خليط بخار وأكسجين معاكسة للتيار. يتم تغذية هذا الأخير تحت الشبكة ، والذي يدعم طبقة الفحم ؛ يتم تفريغ الرماد الجاف من خلال نفس الشبكة. نسبة حجم البخار: يتم اختيار الأكسجين بحيث تكون درجة حرارة طبقة الفحم أقل من نقطة انصهار الرماد. يتكون بخار الماء المشبع في غلاف التبريد للمولد.

يمر الفحم الذي يدخل إلى جهاز التحويل عبر ثلاث مناطق تسخين متتالية. في المنطقة الأولى - الجزء العلوي من رد الفعل

	مولد الغاز
فِهرِس خصائص الفحم: حجم الجسيمات ، مم محتوى الرطوبة ، النسبة المئوية (الكتلة.) حالة الفحم في المفاعل ضغط العمل ، MPa درجة الحرارة القصوى في مولد الغاز ، درجة مئوية نوع الانفجار حالة الرماد وقت بقاء الفحم في مولد الغاز درجة تحويل الكربون ، النسبة المئوية القصوى لوحدة الطاقة لمولد الغاز: الفحم ، طن / ساعة أسلحة الدمار الشامل للغاز ، ألف م 3 / ساعة الاستهلاك ، طن / طن أسلحة الدمار الشامل: أكسجين بخار نسبة حجم البخار / الأكسجين تكوين الغاز الخام * ،٪ (الحجم): متوسط ​​H2: نسبة ثاني أكسيد الكربون في الغاز القيمة الحرارية للغاز (الأعلى) ، MJ / m3 الكفاءة الحرارية لمولد الغاز ،٪	جميع أنواع الفحم ما عدا فحم الكوك 6-40 الطبقة الثابتة 2.0-3.0 جاف 1-3 ساعات 99	Lignites و subbituminous 0.1-8 مسال زائف طبقة 0.12-0.21 ا ص ص 20-40 دقيقة 60-90	"KorreGB- وضع القطع سائل بني 0.5-10 ق 90-96	"تكساسو" الفحم 0.1-10 حتى 40 تعليق الفحم المائي في وضع الاحتجاز 3.5-4.0 خبث 1-10 ق 99

تورا - عند درجة حرارة 350 درجة مئوية ، يتم تجفيفها بالغازات الساخنة ، في الوسط - عند درجة حرارة l ؛ 600 درجة مئوية ، يخضع الفحم لشبه الكوك مع تكوين الغازات والقطران وشبه الكوك .. في المنطقة الثالثة ، الواقعة في قاعدة مولد الغاز ، عند درجة حرارة 870 درجة مئوية ، نتيجة تفاعلات الوقود مع البخار والأكسجين ، يتكون غاز لا يحتوي عملياً على أي ميثان. يمر الغاز عبر طبقة الفحم من الأسفل إلى الأعلى ، بينما تنخفض درجة حرارته ، وتبدأ تفاعلات تكوين الميثان في المناطق الأكثر برودة من المفاعل. وبالتالي ، فإن غاز المنتج الناتج يحتوي على هيدروكربونات وراتنجات غير مشبعة ، مما يتطلب تنقية الغاز الإلزامي ويتسبب في استهلاك مرتفع للمياه للتبريد وإزالة المكونات غير المرغوب فيها. يحتوي الغاز أيضًا على كمية متزايدة من الميثان [تصل إلى 8-12٪ (حجمًا)] 1.

تتميز عملية تغويز Lurgi بدرجة عالية من تحويل الكربون تصل إلى 99٪. الكفاءة الحرارية لمولد الغاز 75-85٪. تتمثل ميزة عملية Lurgi في أنها تتم تحت ضغط مرتفع ، مما يزيد بشكل كبير من إنتاجية وحدة مولد الغاز ويقلل من تكلفة ضغط الغاز عند استخدامه في مزيد من التوليف.

عملية Winkler هي أول عملية تجارية لتغويز الفحم. تبلغ السعة القصوى لوحدة مولدات الغاز العاملة من هذا النوع حالياً 33 ألف م 3 من الغاز في الساعة. تعتمد العملية على معالجة الفحم في طبقة مميعة عند الضغط الجوي. يتم الحفاظ على درجة الحرارة في الطبقة عند 30-50 درجة مئوية أقل من درجة حرارة التليين للرماد ، الذي يتم إزالته من المفاعل في شكل جاف.

مولد الغاز Winkler عبارة عن جهاز مبطن من الداخل بمادة مقاومة للحرارة ، ويتم إنشاء طبقة مميعة عن طريق نفخ خليط بخار وأكسجين عبر الفحم المسحوق. يتم تحويل جزيئات الفحم الأكبر إلى غاز مباشرة في السرير ، بينما يتم نقل الجسيمات الدقيقة. ويتم تحويله إلى غاز عند درجة حرارة 1000-1100 درجة مئوية في الجزء العلوي من المفاعل ، حيث يتم توفير عامل التغويز بالإضافة إلى ذلك. بسبب الحرارة المكثفة وانتقال الكتلة في المفاعل ، لا يتلوث الغاز الناتج بمنتجات الانحلال الحراري ويحتوي على القليل من الميثان. تتم إزالة حوالي 30٪ من الرماد من قاع المفاعل في صورة جافة باستخدام ناقل لولبي ، ويتم تنفيذ الباقي بواسطة تيار الغاز ويتم التقاطه في جهاز حلزوني وأجهزة غسل.

توفر عملية Winkler إنتاجية عالية والقدرة على معالجة أنواع الفحم المختلفة والتحكم في تكوين المنتجات النهائية. ومع ذلك ، في هذه العملية ، تكون خسائر الفحم غير المتفاعل * عالية - تصل إلى 25-30٪ (بالوزن) من المفاعل ، مما يؤدي إلى فقدان الحرارة وانخفاض كفاءة الطاقة في العملية. الطبقة المميعة حساسة للغاية للتغيرات في نظام العملية ، ويحد الضغط المنخفض من أداء مولدات الغاز.

ممثل عمليات تغويز الوقود المسحوق في وضع السحب هو عملية "Korregv-T ^ gek". تم إنشاء أول مولد غاز صناعي من هذا النوع بسعة 4 آلاف م 3 في الساعة من الغاز المركب في عام 1952 ؛ مولدات الغاز الحديثة بسعة غازية 36-50 ألف م 3 / ساعة.

مولد الغاز عبارة عن جهاز مخروطي مبرد بالماء. مزود بشعلتين أو أربع شعلات متقابلة ومبطنة من الداخل بمادة مقاومة للحرارة. يضمن الاضطراب العالي للكواشف ، الذي يتم تحقيقه من خلال توفير تدفقات معاكسة لخليط الوقود من الجوانب المتقابلة للغرفة ، استمرار التفاعلات بمعدلات عالية وتحسين تكوين الغاز الناتج.

يتم سحق الفحم مسبقًا إلى جزيئات لا يزيد حجمها عن 0.1 مم وتجفيفها إلى محتوى رطوبة متبقي لا يزيد عن 8٪ (بالوزن). يتم إمداد غبار الفحم من المستودعات إلى الشعلات من خلال تدفق جزء من الأكسجين اللازم للعملية. يتم تشبع باقي الأكسجين ببخار الماء ، ويتم تسخينه وحقنه مباشرة في الغرفة. يتم إدخال بخار الماء شديد السخونة إلى المفاعل من خلال غلاف أنبوبي ، مما يخلق ستارة تحمي جدران المفاعل من التعرض لدرجات حرارة عالية. عند درجة حرارة الغازات في منطقة الاحتراق حتى 2000 درجة مئوية ، يتفاعل كربون الوقود بشكل كامل تقريبًا خلال 1 ثانية. يتم تبريد غاز المولد الساخن في غلاية تسخين النفايات إلى 300 درجة مئوية و "غسلها" بالماء في جهاز الغسل إلى محتوى غبار أقل من 10 مجم / م 3. يتم تحويل الكبريت الموجود في الفحم بنسبة 90٪ إلى كبريتيد الهيدروجين و 10٪ إلى كبريتيد الكربون. تتم إزالة الخبث في صورة سائلة ثم يتم تحبيبه.

نظرًا لارتفاع درجة حرارة العملية ، يمكن استخدام أنواع الفحم من أي نوع ، بما في ذلك أنواع التلبيد ، في التغويز ، ويكون الغاز الناتج رديئًا في الميثان ولا يحتوي على هيدروكربونات قابلة للتكثيف ، مما يسهل عملية "التنظيف" اللاحقة. تشمل عيوب العملية الضغط المنخفض وزيادة استهلاك الأكسجين.

تعتمد عملية Texaso على تغويز ملاط ​​ماء الفحم في مولد غاز مبطن عموديًا يعمل عند ضغوط تصل إلى 4 ميجا باسكال. تم اختباره في مصانع تجريبية وهناك عدد من مولدات الغاز التجارية الكبيرة قيد الإنشاء. لا تتطلب عملية Texaso تجفيفًا أوليًا للفحم ، كما أن شكل التعليق للمادة الخام يبسط تصميم وحدة الإمداد الخاصة بها. تشمل عيوب العملية زيادة استهلاك الوقود والأكسجين ، والذي يرجع إلى توفير حرارة إضافية لتبخر الماء.

يهدف العمل الذي يتم تنفيذه حاليًا لتحسين العمليات الحرارية الذاتية بشكل أساسي إلى زيادة ضغط التغويز ، وزيادة طاقة الوحدة والكفاءة الحرارية. المفاعلات ، مما يقلل من تكوين المنتجات الثانوية. في عمليات التحويل إلى غاز ذاتي الحرارة ، يتم إنفاق ما يصل إلى 30٪ من الفحم ليس على تكوين الغاز ، ولكن للحصول على الحرارة اللازمة. هذا له تأثير سلبي على اقتصاديات العملية ، خاصة عندما تكون تكلفة تعدين الفحم مرتفعة. لذلك ، تم مؤخرًا إيلاء اهتمام كبير لتطوير مخططات للتغويز الحراري للوقود الصلب باستخدام الحرارة الناتجة عن ذوبان المعادن أو من المفاعلات النووية عالية الحرارة.

عمليات الذوبان هي نوع من تغويز الفحم في وضع الحصر. في نفوسهم ، يتم تغذية الفحم وعامل التغويز على سطح المعادن المنصهرة أو الخبث أو الأملاح ، والتي تلعب دور ناقلات الحرارة. إن أكثر العمليات الواعدة هي صهر الحديد ، حيث أنه من الممكن استخدام السعات المجانية لمحولات الأكسجين المتاحة في عدد من البلدان في مجال المعادن الحديدية. في هذه العملية ، يكون مولد الغاز عبارة عن محول جهاز مجوف مبطن بالحرارة مع حوض من الحديد المصهور (درجة الحرارة 1400-1600 درجة مئوية). يتم تغذية غبار الفحم الممزوج بالأكسجين وبخار الماء من أعلى الجهاز بشكل عمودي على سطح المصهور بسرعة عالية. هذا التدفق ، كما كان ، ينفخ الحمأة المتكونة على سطح المصهور ويمزج المصهور ، مما يزيد من تلامس السطح بالفحم. بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، يكون التغويز سريعًا جدًا. تصل درجة تحويل الكربون إلى 98٪ ، والكفاءة الحرارية. د هو 75-80٪. من المفترض أن الحديد يلعب أيضًا دور محفز التغويز. عند إضافة الجير إلى المصهور ، يتفاعل الأخير مع كبريت الفحم ، مكونًا كبريتيد الكالسيوم ، والذي يتم إزالته باستمرار مع الخبث. نتيجة لذلك ، من الممكن إطلاق غاز التخليق من الكبريت الموجود في الفحم بنسبة 95٪ ، ويحتوي غاز التخليق الناتج في عملية الصهر على 67٪ (حجمًا) من ثاني أكسيد الكربون و 28٪ (حجم) H 2. فقدان الحديد ، الذي يجب تجديده ، هو 5-15 جم / م 3 غاز.

يمكن أن يكون المصدر الواعد واسع النطاق وغير المكلف نسبيًا للحرارة ذات الإمكانات العالية لتغويز الوقود الصلب مفاعلًا نوويًا عالي الحرارة يتم تبريده بالغاز ، والذي يخضع حاليًا للتطوير والاختبار التجريبي. يوفر المفاعل إمدادًا بالحرارة العالية المحتملة (950 درجة مئوية) لعملية تغويز الفحم. سيتم نقل الحرارة من دائرة الهيليوم الوسيطة إلى مفاعل التغويز بالبخار مباشرة إلى الفحم ، والذي سيتحول ، تحت تأثير بخار الماء ، إلى غاز تخليقي. أثناء التغويز باستخدام الطاقة الحرارية لمفاعل نووي عالي الحرارة ، ستنخفض الحاجة إلى الفحم لإنتاج كمية متساوية من الغاز التخليقي مقارنة بالعمليات الحرارية الذاتية بنسبة 30-50٪ ، بينما ستزداد نظافة البيئة للعملية.

يمكن الحصول على مجموعة كبيرة من الهيدروكربونات والمركبات المحتوية على الأكسجين من غاز التوليف ، اعتمادًا على ظروف العملية والمحفز المستخدم. على المستوى الصناعي ، بناءً على الغاز الاصطناعي ، يتم حاليًا إنتاج منتجات مثل الميثانول والهيدروكربونات السائلة وما إلى ذلك.

في عام 1925 ، قام كل من F. Fischer و H. تم إجراء التخليق على محفزات الحديد والكوبالت تحت ضغط جوي ودرجة حرارة 250-300 درجة مئوية. في البحث والممارسة الصناعية ، تعديلات على محفزات الكوبالت والحديد ، المنصهرة ، الملبدة ، الأسمنتية والمترسبة على التراب الدياتومي ، الكاولين وغيرها من الدعامات ذات التركيبات المختلفة (A1 2 03 ، V2O5 ، Si0 2) والكيميائية (CuO ، CaO ، ZnO ، K2O) معززات ". في حالة وجود محفزات الحديد ، يزداد تكوين الأوليفينات والمركبات المحتوية على الأكسجين. تساهم محفزات الكوبالت في تكوين الألكانات الطبيعية ، ذات الوزن الجزيئي المرتفع إلى حد كبير.

تتأثر معاملات عملية تخليق Fischer-Tropsch وتكوين المنتجات الناتجة بشكل كبير بتصميم المفاعلات المستخدمة. في الأجهزة ذات الطبقة الحفازة الثابتة ، والتي تعمل في درجات حرارة منخفضة ، يتم الحصول بشكل أساسي على الهيدروكربونات الأليفاتية. في مفاعلات الطبقة المميعة ، حيث يتم إجراء التفاعلات عند درجات حرارة أعلى ، توجد كميات كبيرة من الأوليفينات والأكسجين في المنتجات.

تم تشغيل التركيبات الصناعية الأولى لتوليف Fischer-Tropsch في منتصف الثلاثينيات في ألمانيا وإنجلترا. بحلول عام 1943 ، تجاوزت السعة الإجمالية للمنشآت المنشأة لإنتاج وقود المحركات بهذه الطريقة 750 ألف طن سنويًا. استخدم معظمهم سرير محفز ثابت من الكوبالت. تم تشغيل مصنع تجريبي بقاعدة مميعة من محفز حديدي بسعة 365 ألف طن سنويًا من المنتجات الهيدروكربونية في 1948-1953. في الولايات المتحدة الأمريكية. تم تشغيل المصنع التجريبي المحلي لتوليف Fischer-Tropsch في Dzerzhinsk منذ عام 1937 لعدد من السنوات. منذ عام 1952 ، بدأ إنتاج الهيدروكربونات من الغاز التخليقي في نوفوتشركاسك ، حيث يتم التوليف في مفاعلات ذات طبقة ثابتة من محفز الكوبالت ، والمنتجات المستهدفة هي مذيبات الهيدروكربونات السائلة ، والمواد الخام للمنظفات والمنتجات الكيميائية الأخرى.

في 1954-1957. تم بناء مؤسسة صناعية لمعالجة الفحم وتحويله إلى وقود سائل للمحركات SLAB-1 في جنوب إفريقيا بطاقة 230 ألف طن سنويًا من المنتجات السائلة. في وقت لاحق ، تم إنشاء شركتين مشابهتين في نفس المكان - BABO-P (1981) و BABO-SH (1983) ، بسعة اسمية تبلغ 2200 ألف طن سنويًا من المنتجات السائلة لكل منهما.

في جميع المؤسسات ، يتم تغويز الفحم الحجري عالي الرماد (حتى 30٪) المحتوي على 1٪ من الكبريت وقيمة حرارية تبلغ 23 ميجا جول / كجم في مولدات الغاز المضغوط. يظهر المخطط التكنولوجي الأساسي للوظيفة في الشكل. 3.6 هنا ، يتم استخدام مفاعلات ذات تصميمين: مع طبقة ثابتة ومميزة من محفز (في مصانع أخرى - فقط مفاعلات ذات طبقة مميعة). في كل مفاعل بطبقة ثابتة ، يتم وضع المحفز في أنابيب (أكثر من 2000 قطعة وطول 12 مترًا و 50 مم في القطر الداخلي). يمر الغاز عبر الأنابيب بسرعة خطية عالية ، مما يضمن الإزالة السريعة لحرارة التفاعل وخلق ظروف متساوية الحرارة تقريبًا على طول طول الأنابيب تقريبًا. عند ضغط تشغيل في المفاعل يبلغ 2.7 ميجا باسكال ودرجة حرارة حوالي 230 درجة مئوية ، يتم تحقيق أقصى إنتاج للألكانات.

أرز. 3.6 مخطط نبات السقوط:

1 - إنتاج الأكسجين ؛ 2 - مولدات الغاز 3 - محطة توليد الكهرباء. 4 - عملية "فينوسولفان" ؛ 5 - الانفصال 6 - معالجة الراتنجات والزيوت ؛ 7 - عملية "ريكتيزول> ؛ 8 ، 9 - مفاعلات تخليق فيشر تروبش ذات طبقة محفز ثابتة ومميزة ، على التوالي ؛ 10 - التحويل ؛ 11 - إطلاق المركبات المحتوية على الأكسجين ؛ 12 - تنقية البارافينات. 13 - معالجة المنتجات السائلة ؛ 14 - قلة قلة الأوليفينات ؛ 15 - الفصل المبرد. 16 - تخليق الأمونيا ؛

أنا - الهواء الثاني - الفحم الثالث - الماء رابعا - الملعب الخامس - كريوزوت. السادس - جزء البنزين - التولوين - الكريسول ؛ السابع - جزء واسع من البنزين ؛ ثامنا - الفينولات. التاسع - الكحوليات الكيتونات. الحادي عشر - المنتجات السائلة ؛ الثاني عشر - البارافينات النقية. الثالث عشر - وقود المرجل. الرابع عشر - وقود الديزل الخامس عشر - البنزين السادس عشر - غاز الوقود لشبكة المدينة ؛ السابع عشر - 0 2 ؛ الثامن عشر - N2 ؛ التاسع عشر - الغازات C 3 -C 4 ؛ XX - ح 2 ؛ الحادي والعشرون - الزواحف الحامضة:

الثاني والعشرون - YHz ؛ الثالث والعشرون - (MVDgBO

في المفاعلات ذات الطبقة الحفازة المميعة (قطر 2.2 م وارتفاع 36 م) ، يتم التوليف عند درجة حرارة 300-350 درجة مئوية وضغط من 2-3 ميجا باسكال ، يصل تدفق الغاز إلى المفاعل إلى 100 ألف م 3 / ح. تدخل نواتج التفاعل إلى قسم الترسيب ثم إلى حلزونات لفصل غبار المحفز المحاصر. تبلغ نسبة Hg: CO في غاز التخليق الخام 2.4-2.8 ، وتتميز المنتجات السائلة الناتجة بمحتوى عالٍ من الأوليفينات. تستخدم جميع أنواع المفاعلات في مصانع بابوب محفزات ذات قاعدة حديدية معززة بالقلويات ؛ هذه المحفزات رخيصة وتوفر عائدًا منخفضًا من الميثان ؛ يبلغ استهلاك الفحم للحصول على 1 طن من المنتجات السائلة 5.6-6.4 طن. وللحصول على وقود المحركات الذي يفي بمتطلبات معايير الوقود من الزيت ، تخضع المنتجات التي يتم الحصول عليها للتنقية: كسور البنزين - التنقية وإعادة التشكيل ، البروبيلين والبيوتين - البلمرة . الكفاءة الحرارية مركب لمعالجة الفحم وتحويله إلى وقود للمحركات باستخدام توليف فيشر تروبش هو 35-40٪. تختلف خصائص أجزاء البنزين والديزل التي تم الحصول عليها في أنواع مختلفة من المفاعلات بشكل كبير (الجدول 3.9). إلى جانب وقود المحركات ، تنتج هذه المصانع الأمونيا والكبريت ومنتجات كيميائية أخرى.

مثل عمليات التسييل الأخرى ، تتطلب معالجة الفحم بالتغويز متبوعًا بتوليف وقود المحركات رأس مال وتكاليف تشغيل عالية. على سبيل المثال ، بلغت الاستثمارات الرأسمالية لبناء مصنع ZABOL-P حوالي 4 مليارات دولار (بأسعار 1980). مع 8000 ساعة تشغيل ، يبلغ إجمالي تكاليف التشغيل في هذا المصنع 987 مليون دولار سنويًا (بأسعار 1980) ، بما في ذلك:

• تكلفة الفحم 125
• 80ـ صيانة الطواقم
• الكهرباء 80
• المحفزات والكواشف 24
• الماء 2
• المواد المساعدة 80 والإصلاح
• 80
• رسوم الاهلاك 520

بالمقارنة مع عمليات الهدرجة ، فإن طريقة تسييل الفحم من خلال تخليق Fischer-Tropsch أبسط من حيث الأجهزة وظروف التشغيل ، ولكن كفاءتها الحرارية هي حوالي 15٪ أقل.

هدرجة (هدرجة) الوقود الصلب هي عملية تحويل الجزء العضوي من الوقود إلى منتجات سائلة غنية بالهيدروجين وتستخدم كوقود سائل. نشأت مشكلة هدرجة الوقود الصلب بسبب زيادة استهلاك النفط والحاجة إلى الاستخدام الفعال للفحم الأحفوري منخفض السعرات وعالي الرماد ، والذي يصعب حرقه. على المستوى الصناعي ، تم تنظيم هدرجة الوقود الصلب لأول مرة في ألمانيا في ثلاثينيات القرن الماضي وتم تطويره بسبب الحاجة إلى استخدام زيوت راتنجية ثقيلة تحتوي على نسبة عالية من الكبريت لإنتاج وقود المحركات. حاليًا ، يتم تشغيل منشآت لنزع الهيدروجين المدمر للوقود بسعة 200 إلى 1600 طن / يوم في بلدان مختلفة.

هدرجة الوقود الصلب هي عملية تحفيزية مدمرة تحدث عند درجة حرارة 400-560 درجة مئوية تحت ضغط هيدروجين 20-10 ميجا باسكال. في ظل هذه الظروف ، تنكسر الروابط بين الجزيئات وبين الذرية (التكافؤ) في الكتلة العضوية للوقود وتواصل تفاعلات التدمير وإزالة البلمرة للبنى الجزيئية العالية للفحم.

نشأت مشكلة هدرجة الوقود الصلب بسبب زيادة استهلاك النفط والحاجة إلى الاستخدام الفعال للفحم الأحفوري منخفض السعرات وعالي الرماد ، والذي يصعب حرقه. على المستوى الصناعي ، تم تنظيم هدرجة الوقود الصلب لأول مرة في ألمانيا في ثلاثينيات القرن الماضي وتم تطويره بسبب الحاجة إلى استخدام زيوت راتنجية ثقيلة تحتوي على نسبة عالية من الكبريت لإنتاج وقود المحركات. حاليًا ، يتم تشغيل منشآت لنزع الهيدروجين المدمر للوقود بسعة 200 إلى 1600 طن / يوم في بلدان مختلفة.

هدرجة الوقود الصلب هي عملية تحفيزية مدمرة تحدث عند درجة حرارة 400-560 درجة مئوية تحت ضغط الهيدروجين 20 -

10 ميجا باسكال. في ظل هذه الظروف ، تنكسر الروابط بين الجزيئات وبين الذرية (التكافؤ) في الكتلة العضوية للوقود وتحدث التفاعلات التالية:

تدمير وإزالة البلمرة من الهياكل الجزيئية العالية للفحم

(C) n + nH2 → CnH2n ؛

هدرجة الألكينات الناتجة ؛

تدمير الألكانات الأعلى مع الهدرجة اللاحقة للألكينات وتكوين الألكانات ذات الوزن الجزيئي المنخفض

CnH2n + 2 → CmH2m + 2 + CpH2p + H2 → CpH2p + 2 ؛

هدرجة الأنظمة العطرية المكثفة متبوعة بكسر الحلقة وإزالة الألكلة

فتح حلقات خماسية الأعضاء بتكوين الأيزو ألكانات وغيرها.

نظرًا لأن عملية الهدرجة تستمر في وجود فائض من الهيدروجين ، يتم قمع تفاعلات البلمرة والتكثيف المتعدد لنواتج التحلل الأولية ، وعند نسبة عالية من الهيدروجين / الكربون ، لا تتشكل منتجات الضغط تقريبًا.

بالتزامن مع هدرجة مركبات الكربون ، تستمر تفاعلات الهدرجة للمركبات المحتوية على الكبريت والأكسجين والنيتروجين وفقًا لتفاعلات مشابهة لتفاعلات المعالجة المائية للمنتجات البترولية (الفصل السابع).

تعتبر عملية الهدرجة عملية تحفيزية. كمحفزات ، يتم استخدام كتل التلامس القائمة على مركبات الموليبدينوم أو النيكل أو الحديد مع المنشطات المختلفة ، على سبيل المثال:

MoO3 + NiS + CaO + BaO + A12O3.

ناقل المنشط المحفز

من خلال تغيير معلمات العملية (درجة الحرارة والضغط ووقت التلامس) وتكوين المحفز ، يمكن توجيه عملية الهدرجة نحو الحصول على منتجات بتركيبة معينة. يعتمد مردود المنتجات السائلة والغازية لهدرجة الوقود الصلب بشكل أساسي على محتوى المواد المتطايرة فيه ، أي على درجة تحصينها. لا يمكن استخدام الفحم الذي يحتوي على درجة عالية من التحالف (فحم أنثراسايت ، فحم قليل الدهن) كمواد خام للهدرجة. الوقود المناسب لهذا الغرض هو الفحم البني أو الفحم الصلب بنسبة هيدروجين / كربون لا تقل عن 0.06 ومحتوى رماد لا يزيد عن 0.13 بالوزن. دولار أمريكي

يمكن إجراء عملية هدرجة الوقود الصلب في المرحلة السائلة أو البخارية. من بين العديد من المخططات التكنولوجية لهدرجة الطور السائل ، يعتبر المخطط الدوري الأكثر اقتصادا. إنه يختلف عن الآخرين من خلال انخفاض استهلاك الهيدروجين ، وانخفاض درجة حرارة العملية والضغط ، ويسمح بالاستخدام الكامل لجميع مكونات المواد الخام المعالجة. يظهر رسم تخطيطي لمحطة الهدرجة في الشكل 1.8.

نتيجة هدرجة جميع أنواع الوقود الصلب ، يتم تكوين منتج سائل يحتوي على أيزوكانات ونفثينات ، والذي يستخدم كمادة وسيطة للتشكيل التحفيزي والتكسير الهيدروجيني ، وكذلك وقود وغاز الغلايات.

الشكل 1.8. مخطط دوري لهدرجة الوقود السائل: 1 - جهاز لتحضير المواد الخام ؛ 2 - مضخة المعكرونة. 3 - مفاعل الهدرجة. 4 - جهاز طرد مركزي 5 ، 6 - محطات التقطير ؛ 1 - محايد 8 - مفاعل المعالجة بالهيدروجين

للحصول على مركبات كيميائية قيمة من الفحم ، يتم استخدام عمليات المعالجة الحرارية (شبه التكويك ، فحم الكوك) أو المعالجة الحرارية في وجود الهيدروجين تحت الضغط (الهدرجة).

يترافق التحلل الحراري للفحم مع تكوين فحم الكوك والقطران والغازات (الميثان بشكل أساسي). تحتوي راتنجات الفحم شبه الكوك بشكل أساسي على مركبات عطرية. يحتوي قطران الفحم البني شبه الكوك ، جنبًا إلى جنب مع المركبات العطرية ، على كمية كبيرة من الألكانات الحلقية المشبعة والألكانات. فحم الكوك هو المنتج المستهدف لشبه الكوك. أثناء المعالجة الحرارية للفحم في وجود الهيدروجين ، من الممكن تحويل الكتلة العضوية للفحم بالكامل تقريبًا إلى هيدروكربونات سائلة وغازية.

وبالتالي ، يمكن استخدام هدرجة الفحم ليس فقط للحصول على وقود المحركات والطائرات ، ولكن أيضًا للحصول على المواد الخام البتروكيماوية الرئيسية.

تسييل الهدرجة للفحم عملية معقدة ، تشمل ، من ناحية ، تفكيك بنية الكتلة العضوية للفحم مع كسر روابط التكافؤ الأقل قوة تحت تأثير درجة الحرارة ، ومن ناحية أخرى ، الهدرجة من السندات المكسورة وغير المشبعة. يعد استخدام الهيدروجين ضروريًا لزيادة نسبة H: C في المنتجات بسبب الهدرجة المباشرة ولتثبيت منتجات التحلل للجزيئات الكبيرة المستبعدة.

يمكن تنفيذ عملية هدرجة الفحم تحت ضغط منخفض نسبيًا - حتى 10 ميجا باسكال - باستخدام معجون مانح للهيدروجين سابقًا من أصل نفطي أو فحم واستخدام محفزات فعالة.

تتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في تسييل الفحم في تحسين عملية نقل الهيدروجين من صانعي عجينة المانحين إلى مادة الفحم. هناك درجة مثالية من تشبع الهيدروجين للجزيئات المانحة. يجب أن يحتوي عامل تشكيل العجينة على هيدروجين بنسبة 1-2٪ أكثر من منتجات تسييل الفحم. يؤثر إدخال بدائل من أنواع مختلفة في هيكل المتبرعين على كل من الخصائص الديناميكية الحرارية والحركية. يتم نقل الهيدروجين من المتبرعين إلى الناقلات - جزيئات المركبات العطرية - بشكل تدريجي وفقًا لآلية الجذور الحرة.

عند الضغط المنخفض (حتى 10 ميجا باسكال) ، يسمح استخدام المتبرعين للفحم بإضافة ما لا يزيد عن 1.5٪ هيدروجين ، وللإسالة العميقة للفحم (90٪ أو أكثر) ، من الضروري إضافة ما يصل إلى 3٪ هيدروجين ، والذي يمكن أن يتم ذلك عن طريق إدخاله من الطور الغازي.

يعمل محفز الموليبدينوم المستخدم مع الحديد وعناصر أخرى على تكثيف العملية بشكل كبير ، ويزيد من عمق تسييل الفحم ويقلل الوزن الجزيئي للمنتجات.

المنتجات الأولية الرئيسية لهدرجة الفحم هي المنتج المهدرج والحمأة التي تحتوي على حوالي 15٪ من المنتجات الصلبة (الرماد ، الفحم غير المحول ، المحفز). يتم إرسال منتجات الهدرجة الغازية التي تحتوي على هيدروكربونات C1-C4 ، والأمونيا ، وكبريتيد الهيدروجين ، وأكاسيد الكربون الممزوجة بالهيدروجين للتنقية عن طريق الامتزاز قصير الدورة ، ويتم إرجاع الغاز الذي يحتوي على 80-85٪ من محتوى الهيدروجين إلى العملية.

أثناء تكثيف الهيدروجين ، يتم فصل الماء الذي يحتوي على الأمونيا الذائبة وكبريتيد الهيدروجين والفينولات (خليط من أحادي ومتعدد الهيدروجين).

يوجد أدناه رسم تخطيطي للمعالجة الكيميائية للفحم (مخطط 2.3).

يحتوي متكثف الماء على 12-14 جم / لتر من الفينولات بالتركيبة التالية (٪ (بالوزن):

للحصول على الفينولات والهيدروكربونات العطرية والأوليفينات ، تم تطوير مخطط للمعالجة الكيميائية لمنتجات تسييل الفحم ، والذي يتضمن: التقطير لفصل الجزء عن bp. حتى 513 كلفن ؛ عزل ومعالجة الفينولات الخام ؛ المعالجة المائية للجزء الواسع المنزوع الفينولات مع bp. حتى 698 كلفن ؛ تقطير المنتج المعالج بالهيدروجين إلى كسور مع bp. حتى 333 ، 333-453 ، 453-573 ، 573-673 كلفن ؛ التكسير الهيدروجيني للكسور المتوسطة من أجل زيادة محصول أجزاء البنزين ؛ التحفيز التحفيزي للكسور باستخدام bp. حتى 453 كلفن ؛ استخراج الهيدروكربونات العطرية. الانحلال الحراري للبنزين رافينات.

عند معالجة الفحم البني من رواسب Borodino في حوض الفحم Kansko-Achinsk ، من حيث الوزن الجاف للفحم ، يمكن الحصول على المركبات التالية (بالوزن٪)):

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن عزل 14.9٪ من غازات الهيدروكربون C1-C2 ؛ 13.4٪ - غازات الهيدروكربون المسال C3-C 4 وكذلك 0.7٪ أمونيا و 1.6٪ كبريتيد الهيدروجين.