Лекция № 16

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
ТОПЛИВА И УГЛЕРОДНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Лекция № 16
ДЕСТРУКТИВНАЯ ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ
Деструктивная гидрогенизация
ТГИ
 это
процесс термической деструкции
ТГИ или высокомолекулярных жидких
продуктов их термолиза, протекающих в
присутствии водорода и катализатора.
 основная цель – получение ИЖТ
(искусственного жидкого топлива).
Сходство ДГ с процессами
коксования, полукоксования
 термическая
деструкция, переход ТГИ в
жидкое состояние, по существу,
«ожижение» угля.
Отличие ДГ
 реакции
поликонденсации
(рекомбинации образующихся
радикалов) при ДГ осуществляются
значительно труднее, т. к. по месту
разрыва связи присоединяется водород.
Поэтому большая часть продуктов
деструктивной гидрогенизации
превращается в жидкие компоненты.
Деструктивная гидрогенизация
ТГИ
ступень – гидроожижение углей
 II ступень – гидрокрекинг фракций
полученного жидкого продукта
I
Деструктивная гидрогенизация
ТГИ
 катализатор
(смесь Мо + Fe3+)
 Т=425–430 ºС
 Р = 10 МПа
 время 0,5–1,5 ч
 в среде Н2
 использование пастообразователя
(остаток дистилляции нефти
с температурой кипения выше 240 ºС)
Гидрогенизация
Дистилляция
.
фр
Дистилляция
пар
C
ы
Разделение
переработка в
моторное топливо
ыи
0º
фр. до 240 ºC
газ
ш
вы
4
е2
газы на
переработку
переработка в
котельное топливо
Фильтрование
фр. выше 300 ºC
водород
Подготовка
переработка в
моторное топливо
ьи ы
т
с
ц
дко асти
и
ж
ч
тв.
фр. до 300 ºC
шлама на
переработку
нефть
kt
(смесь соединений
Mo и Fe3+ )
уголь
Схема процесса ДГ смеси угля и
нефти
Продукты, %:






Малосернистое котельное топливо
Высокооктановый бензин
Фенолы
Энергетическое топливо
Газ
Расход водорода составляет 1,8 %.
30–36.
25–29.
0,5–0,6.
22–26
10–11.
Требования к сырью ДГ ТГИ
100
ВЖП, %
80
60
40
5
4
3
20
2
1
0
2
4
6
8
10
12
Н:С, % (мас.)
Классификации горючих ископаемых по
насыщенности водородом (соотношению Н:С).
Области под кривой: 1 – тощие
каменные угли; 2, 3 – каменные угли; 4 – богхеды; 5 –
нефтяное сырье; ВЖП – выход жидких продуктов
Деструктивная гидрогенизация
воздушно-сухого торфа








Т=450 ºС
РН2 =7,5 МПа
в течение часа
без катализатора
продукты: до 14 % масел от органической массы
торфа, в том числе 2,5 % бензина, в котором
содержится до 30 % фенолов.
в присутствии катализатора (35 % NiO массы
торфа)
продукты: выход масел повышается до 31 %,
а бензина до 4,1 %.
в обоих случаях образуется большое количество
кислородсодержащих газов и Н2О, что
свидетельствует о высоком содержании О2 в
органической массе торфа.
ДГ гумусовых углей
 Т=400–450
ºС
 Р=7,5–10 МПа
 продолжительность процесса 90–120
мин
 катализатор МоS3 (1 %)
 пастообразователь – тяжёлое масло,
кипящее выше 300 ºС)
 продукты: образуется значительно
больше масел по сравнению с торфом.
Результаты деструктивной
гидрогенизации гумусовых углей
Гумусовые угли
Выход продуктов
гидрогенизации, %
(на гор. массу пасты)
Выход масел
в пересчёте
на гор. массу
угля, %
Расход
водорода
на процесс,
% (на гор.
массу
пасты)
масел
воды
78,80
7,21
57,60
2,24
Г
84,20
5,58
68,40
1,56
Ж
79,28
3,15
58,60
1,16
К
72,93
3,69
45,90
1,09
Т
52,25
2,79
4,50
0,91
53,97
0
7,90
0,84
Бурые
подмосковные
Каменные (Донбасс)
Антрацит
(Донбасс)
Факторы, влияющие на процесс
ДГ
 При
повышении температуры
процесса до 400 ºС увеличивается
глубина превращения ТГИ в жидкие и
газообразные продукты; дальнейшее
повышение температуры для каждого
вида ТГИ приводит к деструкции жидких
продуктов – увеличивается выход
газообразных веществ и возрастает
расход Н2 (нежелательно).
Факторы, влияющие на процесс
ДГ
С
ростом давления происходит
увеличение выхода жидких и
газообразных продуктов, что
сопровождается увеличением расхода
Н2. В этом случае уменьшается выход
фенолов.
Факторы, влияющие на процесс
ДГ
 Увеличение
продолжительности
процесса приводит к росту глубины
превращения органической массы ТГИ,
однако при слишком длительном
времени ведения процесса масла
превращаются в газообразные,
увеличивается расход Н2.
Факторы, влияющие на процесс
ДГ
 Реакции
ДГ значительно активируются
катализаторами. Ими являются смеси
металлов, которые изменяют
валентность, – это железо, молибден,
вольфрам.
Факторы, влияющие на процесс
ДГ
 Степень
измельчения угля. С
уменьшением размеров зёрен до
определённых пределов возрастает
глубина процесса деструкции
органической массы ТГИ. Дальнейшее
измельчение угля приводит к
увеличению вязкости пасты, и
возникают трудности переработки
шлама гидрогенизата.
Факторы, влияющие на процесс
ДГ

При деструктивной гидрогенизации
применяют пастообразователи
(высококипящие органические
растворители), которые позволяют вести
процесс в жидкой фазе, способствуют
увеличению контакта между частицами угля и
катализатором, являются переносчиком Н2, а
иногда являются донором водорода, что
позволяет снижать его первоначальный
расход.