Литература -->  Производство жидкого угля 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153

Производство жидкого угля, термин, получивший широкое распространение, обозначающий жидкие продукты переработки различных сортов угля, применяемые в качестве горючего. Быстрый рост моторного движения

1500

т

ввая до

с то

бича н по 1327

фти г

Коксование

Фиг. 1.

всех родов значительно повысил за по-след1П1б годы потребность в жидком горючем. В стремлении к наилучшему использованию горючего довременная техника все больше переходит к нефтяному топливу и к дизель-моторам; при установке последних на судах некоторое значение имеет также и возможность лучшего использования трюмов для хранения горючего. Многочисленные прершущества нефти как горючего обусловили увеличение мирового потребления нефти с 1910 года в четыре раза (фиг. 1). В 1927 г. вся мировая добыча нефти выразилась в 1 242 500 ООО баррелей (1 баррель 163,65 л); из них С. Ш. А. доставили 900 млн. баррелей, СССР-ТО млн., Ртйьшия-28 млн. и Германия-ТОО ООО баррелей. Таким обр., на С. Ш. А. падает 72,5, па СССР-5,6, на Германию- 0,06%. Большая потребность в жидком горючем при незначительности или отсутствии собственной добычи нефти вызывает в большей чжт европейских стран необходимость широкого ее ввоза, к-рый, напр., для

Германии выразхтлся в 1927 г. в 1 684 187 т нефти на сумму 246 млн. марок.

Часть потребности в игидком горючем, особенно в Германии, м. б. покрыта бензолом, бензином, тял-селыми маслами и смазочными материалами, добываемыми посредством коксования или путем сухой перегонки местных углей. Но коксование и сухая перегонка каменного угля, а равно и сухая перегонка богатого битумами бурого угля не м. б. осуществлены в любом объеме, т. к. главп. продуктом по количеству и по стоимости в этих процессах является кокс, рыночный сбыт к-рого имеет определенные границы. Фиг. 2 показывает в круговых диаграммах, что при коксовании камен. угля получается 4-5% жидкого горючего, при сухой перегонке 10-- 12%, при современных процессах сжилшния угля 50%, а по последним изысканиям-даже до 65% жидкого горючего. Несмотря на коксование и сухую перегонку, к-рые гл. обр. доставляют масла для топлива и для дизелей, ощущается острый недостаток в летучих углеводородах, вызываемый усиливающейся моторизацией промышленности и сельского хозяйства. Это явление даже в странах с богатыми источниками нефти привело к тому, что составные части ее с высо-

Сухаялерегонка Сжижение


{легкое маемо 2 тяжелое часяо, смола З-Щ 4-вода

1 бензин 4 войа

Z масло для дизелей а пропитии дерева 3 жидкое топливо, смазочное масло, смола

Фиг. 2.

кими точками кипения посредством дестил-ляции под повышенным дав.?1ением по различным запатентованным методам (Дуббс, РЗлюмпер) подвергаются крекированию (см. Бепзин-крекинг), т. е. процессу разложения на соединения с более низкими точками кипения [1]. Для стран, которые не имеют собственных источников нефти, этот путь



закрыт; они должны использовать имеющиеся у них запасы угля для получения жидкого топлива. При этом нужно стараться, чтобы при процессе обращения весь уголь превратился в жидкое горючее, а также по возможности употреблять такие сорта угля, к-рые не поддаются облагораливахпю путем коксования и сухой перегонки.

При искусственном добывании нефтепродуктов ценные жидкие углеводороды получаются посредством гидрирования (см.), т. е. введения водорода в молекулы углеводородов. Этот процесс, при наличии свободных или ненасыщенных единиц сродства, сводится к непосредственному присоединению водорода; в соединениях же, богатых кислородом (напр. водяной газ), кислород замещается водородом с одновременным образованием воды. Незначительная энергия водорода при обыкновенной 1° заставляет работать при высоких давлениях (100-200 aim) и 1° в 400-500°. Для дальнейшей активизации водорода прибегают обыкновенно к катализаторам с весьма большой полезной поверхностью действия (см. Катализ в технике). В качестве катализаторов для гидрирования при добывании жидкого горючего, наряду с Fe, Ni, Pt и Pd,. оказались пригодными также окислы трудно восстановимых металлов. В некоторых случаях к катализаторам примешивают едкие щелочи. Активность контактных веществ м. б. значительно понижена т. п. отравляющими свойствами некоторых примесей. Особенно вредным каталитическим ядом является сера, к-рую поэтому еще до процесса следует удалять. Необходимо различать процесс непосредственного гидрирования угля и образование жидких продуктов от гидрирования углеродистых соединений. При непосредственном превращении угля в лсидкое горючее по способу Вертело и Бергиуса задача заключается в получении масла путем присоединения водорода к самой молекуле угля, т. е. без предварительной переработки угля в газообразные продукты в особых генераторах. При добывании жидкого горючего по способу BASF, по Фишеру и по Па-тару, наоборот, уголь сначала перерабатывается в водяной газ и затем уле из содер-кащейся в последнем окиси углерода получают жидкое горючее путем гидрирования.

Научными предшественниками современных технич. способов переработки угля в большом масштабе в жидкое топливо д. б. признаны опыты Вертело (1869 г.), который при воздействии иодистоводородной к-ты HJ на органич. вещества при 270 - 280° полал жидкие углеводороды в количестве 67%; при этом остаток твердого угля равнялся 33%. При опытах с франц. каменным углем получалось до 60% жидких углеводородов. В виду дороговизны иодистоводородной к-ты все эти опыты имели только чисто теоретическое значение.

Бергрхус заменил дорого стоящую иоди-стоводородную к-ту более дешевым водородом. Он исходил из того положения, что тот крупный молекулярный комплекс, который обозначается собирательным понятием уголь , представляет собою целую группу молекул, с богатым содержанием углерода

I и малым содерлганиед! водорода (не свыше 4% На). Этот комплекс можно путем присоединения водорода превратить в смесь жидких углеводородов. К этому заключению он имел полное право притти на основании целого ряда опытов, проведенных в его лаборатории! и относившихся к процессу обугливания и расщеп.пения тялелых масел на легкие в присутствии водорода. Опыты показали, что тяжелые углеводороды, при достаточно высоком парциальном давлении водорода во время проводимого при 100- 120 atm процесса их расщепления, способны присоединять водород даже в отсутствии катализаторов . Исходя из этого вывода, был предпринят ряд планомерных опытов по непосредственному гидрированию угля водородом под давлением ок. 100 aUn. Наиболее благоприятные для процесса t° реакции оказались от 450 до 480°. Выяснилось, что большая часть всех сортов угля пригодна для гидрирования, при чем переработка угля в жидкие продукты не наступала, если при тех л<е условиях опыта вместо водорода вводился азот или какой-нибудь другой инертный газ; в последних случаях, как и при коксовании \ каменного угля, получалось лишь 4-5% жидких продуктов дестилля-ции. Эти опыты с несомненностью показывают, что в изучаемом процессе происходило непосредственное присоединение водорода к молекуле угля, т. е. непосредственное гидрирование в истинном смысле этого слова. В виду того что величина зерен загружаемого для данного процесса угля не должна превышать 1 мм, вполне пригодными для гидрирования являются и дешевые сорта угольной пыли, к-рые в качестве обыкновенного топлива представ.яяют небольшую ценность вследствие обилия золы.

Новейшие исследования Фишера и Фрея по гидрированию угля, в особенности полукокса из бурого угля по способу Бергиуса [], показали, что тощий неспекающийся уголь и полукокс из бурого угля даже более пригодны для гидрирования, чем спекающийся каменный уголь. Абсолютная способность перехода в лшдкие углеводороды различных сортов угля зависит от геологич возраста посяеднего [*]. В общем, уголь позднейшей формации имеет большую способность перехода в жидкие углеводороды, чем уголь более ранней формап;ии. В то время как при газовом пламенном угле количество веществ, не могущих перейти в жидкие углеводороды, достигает 10%, а при обыкновенном пламенном угле-15%, исследованные Бергиусом сорта бурого угля давали со-дерл<;ание угольного остатка менее чем 1%. Эта более широкая способность перехода в жидкие углеводороды угля позднейшей формации станет сразу понятной, если ближе рассмотреть химическ. соединения, входящие в состав различных сортов угля, и соотношение в них между углеродом и водородом.

На фиг. 3 изображен в виде диаграмм ряд наиболее известных горючих материалов (расчет взят без содержащейся в них воды и золы), к-рые отчетчиво показывают значительное количество водорода, содержащегося в природном топливе более поздней формации. Присоединение вводимого при гидри-



ровании молекулярного водорода происходит, по Бергиусу, Клингу и Флорентину [], в связи с тем что применяемые Г в 450- 480° являются критическими, при которых прочная связь в углеродных молекулах ослабляется. При этой t° распада угольных

Кузнечный уголь

)ШШШШГаэоеый уголь



бурый уголь Topf

\у6о$ые дрова

молекул водород имеет возможность тотчас же соединяться с осколками исходных молекул и таким путем предотвратить крекирование уг.яя, идущее до образования кокса. Количество связываемого водорода колеблется между 3 и 5% от веса гидрируемого угля. Т. к. водород вводится в этом процессе в избытке, то часть содерлъащегося в угле кислорода переходит в воду, другая же часть участвует в образовании гидроксильных групп, т. е. фенола; при этом сера переходит в сероводород, а азот-в аммиак, при чем оба газа уходят вместе с реакционными газами. Общий выход аммиака при этом приблизительно в три раза больше, чем при процессе коксования. Этот процесс идет без добавления контактного вещества. Применяемая Бергпусом контактная масса, Lux-masse, состоящая главным образом из окиси железа, должна лишь связывать освобождающуюся при реакции часть серы, дабы воспрепятствовать нежелательной полна меризации тяжелых масел в присутствии серы. Продукт гидрирования не зависит от выбранного исходного материала и походит на сырую нефть; одна треть его состоит из легко кипящего бензина или родственных бензину веществ и гидроароматич. соединений с низкими точками кипения, затем идут вещества с более высокими точками кипения, похожие на керосин и другие нефтяные масла, и, наконец, составные части с самыми высокими точками кипения-смазочные масла и асфальт. Олефины или еще более ненасыщенные соединения, к-рые всегда находятся в бензине-крекинг, не встречаются в продуктах гидрирования по системе Бер-гиуса в виду избытка водорода при реакции. После того как многочисленными лабораторными опытами в автоклавах высокого давления с объемом в 40 л этот способ был вполне обоснован и были выяснены все условия для его успешного проведения, нужно было еще, для перевода его в форму, технически и хозяйственно приемлемую, создать непрерывный рабочий процесс. Для этого из мелко размолотого угля вместе с получаемым во время процесса маслом образуют

пасту и эту пасту непрерывно вдавливают насосами в аппаратуру. Посредством пресса а особой конструкции (фиг. 4) паста вводится под давлением в 150 atm ъ сосуд с двойными стенками &, снабженный мешалкой, в котором паста вместе с нагнетенным в тот же сосуд при помощи компрессора с газообразным водородом нагревается до рабочей температуры. Отсюда смесь течет в*ре-акционный сосуд d, и через трубопровод е продукты реакции уходят из этого сосуда. После пропуска их через охладительные змеевики / в вентиле д происходит расширение их с пониж;ением давления до атмосферного; отсюда продукты направляются в приемник-сепаратор h. Газ, после удаления легкого бензина, вводится в газгольдер г, а твердые и жидкие части удаляются из сосуда h через вентиль. Во избежание местных перегревов, к-рые при применяемых высоких давлениях и t° могут способствовать химич. реакции между Kg и железом стенок, понижающей стойкость ншлезиых стенок и повышающей возможность несчастных случаев, применяют, по Бергиусу,. наружное отопление посредством инертных газов,-напр. азота или свободных от кислорода топочн. газов. Газ подогревается сначала веществами, выходящими из реакционного сосуда с двойными стенками, а недостающее количество теплоты сообщается путем нагревания в отдельной печи. Отапливающий газ доводится


Схеиа промышленной опытной установки непрерывного ароиесса

Фиг. 4.

посредством слатия до такой 1° и такого давления, что он становится в состоянии передать рабочему пространству необходимое количество теплоты. Благодаря тому что для отапливающего газа применяется высокое давление, стенки внутреннего сосуда Ъ частично разгружаются.

Находящаяся в течение нескольких лет в работе большая испытательная станция в Маннгейм-Рейнау (Баден) работает с макси-



[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153