Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Зміст

Вступ

За багато мільйонів років природа накопичила найбагатші запаси вуглецю у вигляді вугілля, нафти і природного газу. Зараз ці викопні види палива використовуються людиною для отримання енергії та хімічних продуктів.

В кінці минулого - початку нинішнього століття більшість продуктів органічної хімії проводилося з кам'яного вугілля. У міру збільшення видобутку нафти хімічні речовини вугільного походження почали витіснятися продуктами нафтохімічного синтезу, виробленими простішими і менш енергоємними методами. Однак, оцінка розвіданих світових запасів різних видів викопного органічного сировини призводить до висновку про те, що родовища нафти і газу будуть в значній мірі вичерпані вже на початку перших десятиліть XXI століття. Запасів ж вугілля повинно вистачити на найближчі кілька сот років. Висновок про необхідність постійного збільшення масштабів використання вугілля в енергетиці та промисловості підтверджується даними в порівнянні запасів нафти, газу,

Вугілля є одним з головних джерел отримання теплової енергії, а також являє собою цінну сировину для хімічної переробки з метою отримання необхідних для промисловості продуктів. світовому видобутку всіх видів горючих копалин, що досягає приблизно 6 млрд. т. на рік (в перерахунку на умовне паливо) на тверді горючі копалини (вугілля, торф, горючі сланці) припадає 48%, близько 35% видобувається нафти і 17% природних горючих газів .

У балансі світових запасів горючих копалин частка вугілля і горючих сланців становить 90%, торфу - 5%, нафти і природних газів - 5%.

Велика частина видобутого вугілля використовується для енергетичних цілей, а найбільш цінні вугілля піддаються термічній переробці - Полукоксованіє, коксування, газифікації та гідрогенізації.

В даний час налічується понад 350 цінних продуктів різних найменувань, одержуваних з вугілля, що використовуються промисловістю і сільським господарством. У коксохімічної промисловості, при отриманні синтетичних палив, вуглецевих матеріалів і ряду хімічних сполук якість цільової продукції, а іноді і сама можливість її отримання цілком залежать від речового складу і властивостей переробляються вугілля. У зв'язку з цим вивчення якості і розробці методів оцінки придатності вугілля для різних галузей промисловості надають великого значення.

Для забезпечення різних галузей промисловості вугіллям відповідної якості останні зазвичай піддаються попередній механічній обробці - збагачення для видалення з вугілля мінеральних домішок, брикетування, класифікації по крупності.

У раціональну схему переробки вугілля повинно входити не тільки повне використання всіх компонентів органічної маси вугілля, але також повинні бути використані і мінеральні домішки у вугіллі, включаючи рідкісні і розсіяні елементи (всього у складі вугілля налічується більше 70 цінних хімічних елементів, що входять в ті чи інші з'єднання). Суттєво важливим для практики питанням є також витяг шляхом збагачення вугілля містяться в них сульфідів заліза, використовуваних для виробництва сірчаної кислоти.

У вугіллі містяться також елементи, придатні для потреб сільського господарства. Цінними як стимулятори росту рослин є мікроелементи - молібден, цинк, марганець, мідь і ін., А лужні золи з вугілля є дуже корисними добавками для кислих грунтів, що підвищують врожайність бобових та інших культур.

1. Види, походження, видобуток і запаси твердого палива

Тверді палива, що використовуються як джерело енергії і сировина для хімічного виробництва, поділяються на палива природного походження - природні - і палива штучні - синтетичні. До природних палив відносяться торф, буре і кам'яне вугілля, антрацит, горючі сланці. Вони називаються також копалинами твердими паливами. Штучними паливами є кам'яновугільний, торф'яної і нафтовий кокс, отримані пірогенетичної переробкою різних видів природного палива, а також брикети і вугільний пил - продукти механічної переробки твердого палива.

Копалиною твердим паливом (твердим пальним копалиною) називаються природні тверді горючі речовини органічного походження, що утворилися із залишків відмерлих рослин і планктону в результаті бактеріального впливу. У земній корі тверді горючі копалини знаходяться в вигляді вуглецевих осадових порід, що утворюють родовища або басейни. Всі копалини тверді палива за матеріалом, з якого вони утворилися, діляться на сапропеліти і гуммоліти.

Сапропеліти виникли в результаті відновного розкладання залишків сапропелю - мулистих відкладень, що утворилися на дні водних басейнів з планктону і нижчих рослин. До сапропеліти відносяться горючі бітумінозні сланці і деякі інші копалини.

Гуммоліти виникли в результаті окисного розкладання залишків вищих рослин. Вони поділяються на:

- гумміти, що складаються в основному з гумусових речовин;

- лінтобіоліти, що утворилися з стійких структурних елементів нижчих рослин (спори, пилок і т.п.).

Основні види копалин твердих палив (торф, буре і кам'яне вугілля, антрацит) відносяться до гуммітам.

Глибина перетворення вихідних біогенних матеріалів в результаті вуглеутворення в тверді палива характеризується так званої ступенем їх вуглефікації (метаморфізму), під якою розуміють середній вміст вуглецю в паливі (в мас.%, Або дол). За зростанням ступеня вуглефікації тверді гуммітовие палива утворюють генетичний ряд:

Торф> буре вугілля> кам'яне вугілля> антрацит

Ступінь вуглефікації їх приведена в табл.1

Таблиця 1. Ступінь вуглефікації копалин твердих палив

паливо

торф

буре вугілля

кам'яне вугілля

Антрацит

Ступінь вуглефікації, мас.%

58-62

15-61

16-92

93-96

Тверді палива складають основну масу відомих викопних палив на планеті. Їх сумарні запаси на кілька порядків перевищують запаси рідкого (нафта) і газоподібного палива. [3]

У Росії для характеристики споживчої цінності вугілля використовується розроблена в СРСР Єдина класифікація вугілля по ГОСТ 25543-88 (ЄК - 88). Згідно ЄК, за ступенем метаморфізму (змін у структурі, мінеральному і хімічному складі гірської породи) виділяють вугілля буре, кам'яне та антрацит. Для цілей оподаткування вугілля типологизировать за видами, а коксівне та інший вугілля також і по маркам: антрацит, коксівне вугілля (8 марок), буре вугілля, інший вугілля (7 марок).

Буре вугілля являє собою перехідну форму від торфу до кам'яного вугілля. У порівнянні з торфом в бурому вугіллі менше частка помітних рослинних залишків, а в порівнянні з кам'яним вугіллям буре вугілля більш вологий (до 40% і більше). У бурому вугіллі вміст вуглецю 55,0--78,0%, водню 4,0--6,5%, кисню 15,0--30,0%. Колір від бурого до чорного. Потужність пластів - 60-90 метрів, деякі сприятливі для відкритого видобутку. Буре вугілля використовують як паливо для теплоелектростанцій, а також як хімічна сировина для отримання рідкого палива, синтетичних речовин, газу та добрив.

Кам'яне вугілля більш щільний і менш вологий в порівнянні з бурим вугіллям, має чорний або сіро-чорний колір. Зміст вуглецю в кам'яному вугіллі 75,0--97,0% і більше, водню 1,5--5,7%, кисню 1,5--15,0%, сірки 0,5--4,0%, азоту до 1,5%, вологи 4--14%. Потужність пластів - від часток метра до декількох десятків метрів. Глибина залягання пластів - від виходу на поверхню до 2-2,5 км і глибше. Кам'яне вугілля використовується як паливо в побуті, металургійної та хімічної промисловості, в тому числі для вилучення з нього рідкісних і розсіяних елементів. паливо кам'яне вугілля коксування

Коксівне вугілля - здатні при температурі 500-700 ° C і більше спекаться, що володіють високою теплотою згоряння і низьким вмістом летких речовин і мінеральних домішок кам'яне вугілля, з яких під час коксування (13--18-годинний процес нагрівання вугілля без доступу повітря до 950--1050 ° C) можна отримувати кокс - вугілля підвищеної міцності. Кокс використовується в основному в чорній металургії для виплавки чавуну, будучи при цьому не тільки паливом, але і відновником залізної руди. Рідше кокс використовують у ливарному виробництві, хімічній промисловості, кольорової металургії та деяких інших процесах. У коксі вміст вуглецю більше 96%, вологи 0,5--4,0%

Антрацит - з точки зору споживчих властивостей найбільш якісний, гумусовий вугілля вищої міри метаморфізму, рослинні залишки в антрацитах насилу помітні навіть під мікроскопом. Чорний, часто з сіруватим відтінком і обов'язковим металевим блиском, антрацит має найбільшу твердість за мінералогічною шкалою, хорошу електропровідність, велику в'язкість і не спікається. У антрациті вміст вуглецю 93,5--97,0%, водню 1,0--3,0%, кисню 1,5--2,0%, азоту 1,5--2,0%, вологи 1, 0--3,0%. Потужність пластів в основному мала (до 1,3 метра) і середня (1,3--3,5 метра), рідко 10-40 метрів. Антрациту використовують як високоякісне енергетичне паливо в хімічному та металургійному виробництві.

Основні способи видобутку вугілля - закритий і відкритий. Підприємства для закритої видобутку вугілля називають шахтами, для відкритої - кар'єрами, або, в професійної термінології вугільників, розрізами. Крім розрізів і шахт, у вугільній промисловості працюють підприємства для переробки вугілля - збагачувальні фабрики.

Шахта являє собою складне гірниче підприємство з видобутку вугілля підземним способом. Залежно від потужності вугільного пласта шахта працює в середньому близько 40 років, а на особливо потужних пластах до 50-70 років. Видобуток вугілля проводиться шарами (так званими «добувними горизонтами»), кожен шар виймається близько 10 років, після чого відбувається реконструкція горизонту і розробка наступного, більш глибокого, шару. Процес реконструкції потрібно для забезпечення екологічної безпеки навколишнього середовища і працюють в забоях людей, це обов'язкова умова існування шахти. З урахуванням процесів реконструкції та середнього терміну служби шахт, для підтримки рівня видобутку необхідно постійно будувати нові шахти - щорічно в галузі вибувають 5-7 вироблених підприємств.

Розріз виробляє виїмку вугілля уступами і послідовними смугами. Верхні уступи випереджають нижні і розширюють розробляється розрізом простір.

Загальні геологічні (прогнозні) запаси вугілля на території Росії складають 4 трлн. т, це 30% світових запасів вугілля. Розвідані (балансові) запаси оцінені в 190 млрд. Т. Обсяг видобутку обмежений сукупної виробничою потужністю гірничодобувних підприємств. У 2010 році вугілля видобували 91 шахта і 137 розрізів загальною річною потужністю 380 млн. Т. Фактично в 2010 році на-гора було видано 323 млн. Т вугілля.

Російські вугільні родовища нерівнозначні за якістю вугілля, кількості його запасів, а також займаної площі, і знаходяться в різних регіонах країни. В даний час російське вугілля видобувається на території десяти основних вугільних басейнів. Найбільшим розробляються родовищем бурого вугілля є Кансько-Ачинський басейн, кам'яного і коксівного вугілля - Кузнецький вугільний басейн (Кузбас), антрацитів - Східний Донбас і Горлівський басейн.

Кузнецький вугільний басейн (Кузбас) - найбільший Росії і один з найбільших в світі. Розташований в Кемеровській області, більшість гірничодобувних підприємств зосереджені на півдні регіону. Способи видобутку: відкрита (36 розрізів) і закрита (58 шахт). Загальні геологічні запаси кам'яного вугілля оцінені в 693 млрд. Т, з них коксівного 207 млрд. Т.

Кансько-Ачинський вугільний басейн знаходиться здебільшого на території центру Красноярського краю, а також займає невелику територію Кемеровської і Іркутської областей. Спосіб видобутку відкритий. Загальні геологічні запаси: 638 млрд. Т, вугілля в основному бурі. Потужність пластів 2--56 метрів.

Печорський вугільний басейн розташований в межах Республіки Комі і Ненецького автономного округу і займає площу 90 тис. Км ?. Спосіб видобутку: закритий, глибина залягання пластів до 298 метрів. Загальні геологічні запаси вугілля: 344,5 млрд. Т, в тому числі коксівного 9 млрд т. МощнВосточний Донбас. Основна частина Донецького вугільного басейну (Донбасу) територіально знаходиться на Україні, а російська його частина (Східний Донбас) повністю розташована в межах Ростовської області. В цілому Донбас володіє геологічними запасами вугілля в 140,8 млрд т, з них 60% кам'яні, 18% коксівне (25 млрд т), 22% антрациту. Спосіб видобутку: в основному закритий. Потужність пластів 0,6--1,2 метра. Східний Донбас має 24,2 млрд т загальних геологічних запасів вугілля, з них 90% антрациту 5% коксівне. Розвідані запаси промислових категорій: антрациту 298,7 млн. Т, вугілля, що коксується 16 млн. Т.

Улуг-Хемський вугільний басейн в Туві є одним з найбільш привабливих для розробки і, одночасно, найменш освоєним, так як тут немає залізної дороги для транспортування вугілля. Площа басейну 2,3 тис. Км ?. Спосіб видобутку відкритий. Загальні геологічні запаси оцінюються близько 14 млрд. Т. Вугілля кам'яне, в основному коксівне. Потужність пластів 0,6--12 метрів.

Підмосковний вугільний басейн загальною площею 120 тис. Км? зачіпає території Ленінградської, Новгородської, Тверській, Смоленської, Московської, Калузької, Тульської і Рязанської областей. Загальні геологічні запаси: 11,8 млрд. Т бурого вугілля. Глибина залягання пластів досягає 200 метрів.

Іркутський вугільний басейн розташований на півдні Іркутської області на площі 42,7 тис. Км ?. Загальні геологічні запаси вугілля: 9 млрд. Т, з них 94% кам'яний (частково коксівне) і 6% бурий. Потужність пластів 1--10 метрів.

Південно-Якутський вугільний басейн знаходиться в Якутії і займає загальну площу 25 тис. Км. Спосіб видобутку відкритий. Розвідані запаси: 3,0 млрд. Т. Вугілля кам'яне. Потужність пластів від 1-3 до 10--60 метрів. ость пластів середня, близько 1,53 метра.

Минусинский вугільний басейн розташований в адміністративних межах Республіки Хакасія. Способи видобутку відкритий (5 розрізів) і закритий (2 шахти). Балансові запаси оцінені в 2,7 млрд. Т, вугілля в основному кам'яні.

Горлівський вугільний басейн знаходиться в Новосибірській області на території Искитимского району. Способи видобутку відкритий (2 розрізу) і закритий (1 шахта). Розвідані запаси: 303 млн. Т. 100% запасів - антрацит. Потужність пластів до 41 метра.

2. Кам'яне вугілля

2.1 Будова і властивості кам'яного вугілля

Кам'яне вугілля різної природи є найбільш поширеним видом твердого викопного палива. Це неоднорідні тверді речовини чорного або чорно-сірого кольору, що включають чотири типи макроінгредіентов, що розрізняються за блиском, зовнішнім виглядом і складом: блискучий (Вітрен), полублестящей (Кларі), матовий (Дюрен) і хвилястий (фюзен). Співвідношення цих інгредієнтів, що становлять органічну масу кам'яного вугілля, характеризує їх структуру, хімічний і мінералогічний склад і обумовлює їх різноманіття і відмінність властивостей.

До складу органічної частини кам'яного вугілля входять бітуми, гумміновие кислоти і залишковий вугілля. Молекулярна структура органічної частини вугілля являє собою жорсткий тривимірний полімер нерегулярної будови, що містить рухливу фазу у вигляді різноманітних мономолекулярних з'єднань. Обидві фази побудовані з окремих фрагментів, що включають ароматичні, в тому числі багатоядерні і гідрогенізовані системи з аліфатичними заступниками, і азотовмісні гетероцикли, з'єднані мостіковимі зв'язками С-С, С-О-С, CSC і C-NH-C. Ступінь конденсированности фрагментів (п) залежить від ступеня вуглефікації кам'яного вугілля. Так, при ступеня вуглефікації 18% п = 2, при ступеня 90% п = 4, для антрациту n = 12. У складі кам'яного вугілля встановлено також наявність різних функціональних груп: гідроксильної (спиртові і фенольні), карбонильной, карбоксильної і сірковмісних груп - SR - і - SH. [7]

Найважливішими характеристиками кам'яного вугілля, від яких залежать можливість і ефективність їх використання, є зольність, вологість, сірчистість, вихід летючих речовин і механічні властивості, а для вугілля, що застосовуються в якості сировини для термохімічної переробки, - також спекаемость і коксованість.

Зольність. Золою називається негорюча частина вугілля, що складається з мінеральних речовин, що містяться в паливі. До складу золи входять оксиди алюмінію, кремнію, заліза (III), кальцію і магнію. Висока зольність знижує теплоту згоряння вугілля і погіршує якість одержуваного коксу. Зольність кам'яного вугілля коливається від 3 до 30% і може бути знижена їх збагаченням. Вугілля, що використовуються для коксування, повинні мати зольність не вище 1-1,5%.

Вологість. Загальна вологість вугілля складається із зовнішнього, що утворює краплі або плівки на поверхні, і внутрішньої (пірогенетичної), що виділяється в процесі коксування. Волога, будучи баластом, здорожує транспортування вугілля, ускладнює підготовку його до коксування, зберігання і дозування, а також підвищує витрата тепла на коксування і збільшує час коксування. Вологість вугілля, яке використовується для термохімічної переробки, не повинна перевищувати 1%.

Сірчистість. Сірка в кам'яному вугіллі знаходиться в вигляді Колчедан, сульфатної і органічної. Загальний вміст сірки в вугіллі коливається від 0,4 до 8%. Так як в процесі коксування велика частина сірки залишається в коксі і може при виплавці чавуну переходити в метал, викликаючи його красноломкость, вугілля необхідно десульфіровать збагаченням.

Вихід летючих речовин. Летючими речовинами кам'яного вугілля називаються пароподібні і газоподібні речовини, що виділяються з вугілля при нагріванні його без доступу повітря при певній фіксованій температурі. Вихід летючих речовин залежить від умов освіти, хімічного складу і ступеня вуглефікації вугілля, а також від температури, швидкості нагрівання і витримки при заданій температурі. Зі збільшенням ступеня вуглефікації вихід летючих речовин зменшується. Так, для торфу він становить близько 10%, для бурого вугілля - 65-45%, кам'яного вугілля - 45-10%, для антрациту - менше 10%. Методика виходу летючих речовин стандартизована. Він визначається нагріванням навішування вугілля при 850 ° С і витримці при цій температурі протягом семи хвилин. [8]

2.2 Класифікація кам'яного вугілля

В основу технологічної класифікації кам'яного вугілля покладені вихід летких речовин і товщина утворюється при нагріванні пластичного шару. У таблиці 2 наведена технологічна класифікація вугілля одного з басейнів, по якій вони діляться на 1 марок (класів). [4]

Таблиця 2. Технологічна класифікація вугілля

Марка вугілля

Вихід летючих речовин,%

Товщина пластичного шару

Найменування

позначення

довгополуменеве

газовий

жирний

коксовий

Пісне спекающ.

худий

Антрацит

Д

Г

Ж

До

ОС

Т

А

42

35

35-21

21-18

22-14

11-19

9

-

6-15

13-20

14-20

6-13

2.3 Викопні вугілля як хімічна сировина

Значна частина викопного вугілля піддається високотемпературній (пірогенетичної) переробці, тобто є хімічним сировиною. Мета такої переробки - отримання з вугілля цінних вторинних продуктів, які використовуються в якості палива і напівпродуктів основного органічного синтезу.

Всі методи переробки викопного вугілля засновані на гетерогенних, в більшості випадків некаталітичного процесах, що протікають в багатофазної системі при високих температурах. У цих умовах матеріал вугілля зазнає глибокі зміни, що призводять до утворення нових твердих, рідких і газоподібних продуктів. За призначенням і умовам процеси пірогенетичної переробки твердого палива підрозділяються на три типи: піроліз, газифікація і гідрування.

Піролізу, або сухою перегонкою, називається процес нагрівання твердого палива без доступу повітря з метою отримання з нього твердих, рідких і газоподібних продуктів різного призначення. Залежно від умов процесу і природи вторинних продуктів розрізняють низькотемпературний піроліз, або полукоксование, і високотемпературний піроліз, або коксування. За масштабами виробництва, обсягом і різноманітності виробленої продукції процес коксування займає перше місце серед всіх процесів переробки твердого палива.

Полукоксованіє проводять при 500-580 ° С з метою отримання штучного рідкого і газоподібного палива транспортабельного і ціннішого, ніж вихідне тверде паливо. Продукти полукоксования - горючий газ, який використовується в якості палива з високою теплотою згоряння і сировини для органічного синтезу, смола, яка служить джерелом одержання моторних палив, розчинників і мономерів, і напівкокс, який використовується як місцеве паливо і добавка до шихти для коксування. Сировиною для напівкоксування служать низькосортні кам'яне вугілля з високим вмістом золи, буре вугілля і горючі сланці. [14]

Процеси гідрування і газифікації мають на меті отримання з твердого палива відповідно рідких продуктів, використовуваних в якості моторного палива, і горючих газів. Впровадження цих методів переробки підвищує значення твердих палив і кам'яного вугілля, зокрема, в паливному балансі країни.

На сьогоднішній день найбільш популярні методи переробки кам'яного вугілля:

- піроліз

- гідрування

- гідрогенізація

-переробка вугілля в синтетичні рідкі палива

Під терміном піроліз кам'яного вугілля прийнято розуміти сукупність процесів, що відбуваються при нагріванні вугілля за умови відсутності будь-яких реагентів. Однак в останні роки під пиролизом кам'яного вугілля стали мати на увазі також і процеси, що відбуваються з впливом будь-якого додаткового реагенту (так звані гідропіроліз і окислювальний піроліз).

Часто під терміном піроліз розуміють і процедуру газифікації вугілля, хоча це не зовсім вірно, оскільки при цьому також використовуються додаткові реагенти.

Термічна переробка кам'яного вугілля широко застосовується для отримання різних вуглецевих твердих матеріалів, і рідких і газоподібних продуктів. У зв'язку з цим, в залежності від призначення кінцевих продуктів піролізу, вихідною сировиною для переробки може бути практично будь-яке вугілля. Це дуже зручно, оскільки все видобуте вугілля може йти на переробку, а не на завод з переробки твердих побутових відходів.

Піроліз кам'яного вугілля

Процеси піролізу кам'яного вугілля застосовувалися людством ще з кінця XVIII. У той час вугілля переробляли для отримання таких матеріалів як:

Кам'яновугільний кокс, який використовується в металургії

Облагороджені вугілля для бездимного спалювання в печах

Світильний газ, який використовується для освітлення вулиць

Зрозуміло, що технологія і процес піролізу кам'яного вугілля з тих пір практично не змінилася, а от обладнання, що використовується для даного процесу, навпаки, покращився. Сьогодні, в результаті тривалої еволюції апаратних і технічних рішень, процес піролізу вугілля відрізняється досить високими енергетичними і екологічними показниками.

Однак, в той же самий час слід враховувати і той факт, що продукти піролізу вугілля, особливо рідкі, містять в своєму складі велику кількість органічних сполук, які містять кисень, азот і сірку. З цієї причини рідкі продукти піролізу вугілля не можуть бути використані в якості синтетичного аналога рідкого вуглеводневого палива без додаткового очищення. Тому термічну переробку вугілля досить рідко використовують для отримання рідкого синтетичного палива в якості кінцевого продукту піролізу.

Як проходить процес піролізу вугілля

Як ми вже згадували раніше, процес піролізу кам'яного вугілля заснований на нагріванні вугілля до певної температури без доступу кисню з метою його термічної деструкції. Під час даного процесу цьому протікають наступні групи хімічних реакцій:

Деполимеризация органічної маси кам'яного вугілля з утворенням органічних молекул з меншою молекулярною масою

Вторинні реакції перетворень утворюються в процесі піролізу продуктів, серед яких:

конденсація

полімеризація

ароматизація алкілування

Обидві групи хімічних реакцій протікають як послідовно, так і паралельно. Кінцевим підсумком сукупності цих термохімічних перетворень є утворення рідких газоподібних і твердих продуктів.

Слід згадати, що піроліз кам'яного вугілля здійснюється в різних температурних інтервалах. Вибір температури піролізу залежить типу продуктів, які необхідно отримати в кінцевому підсумку. Низькотемпературний піроліз (або напівкоксування) зазвичай проводиться при 500 - 600 градусів за шкалою Цельсія, а високотемпературний піроліз (або як його ще називають, коксування) - проводиться при 900 - 1100 градусів за шкалою Цельсія.

3. Продукти піролізу кам'яного вугілля

Отже, на самому початку своєї статті ми згадували про те, що шляхом піролізу з кам'яного вугілля можна отримати продукти наступних типів:

тверді

рідкі

газоподібні

Гідрування вугілля здійснюють при 400 - 600 С під тиском водню до 2 5 - 10 Па (250 атм) в присутності каталізатора - оксидів заліза. При цьому утворюється рідка суміш вуглеводнів, яку піддають зазвичай деструктивному гидрированию на нікелі або інших каталізаторах.

Реакцію гідрування вугілля проводять при 560 С і 3 79 МПа. Пари вуглеводнів і газ виводять через верх реактора, а вуглецевий залишок вивантажують через дно. Після охолодження до 316 С вуглецевий залишок виводять через розвантажувальні бункери і звільняють від вуглеводнів. Він остаточно охолоджується приблизно до 93 С, перетворюється в пиловидне паливо і надходить в парові котли або в установку для отримання водню методом часткової газифікації вугілля.

Реакція гідрування вугілля екзотермічну і температура регулюється подачею холодного водню, підведеної в шести точках по висоті колон. Колони не мають внутрішніх насадок, але стінки їх зсередини захищені від перегріву теплоізолюючих футеровкою. Паста проходить колони знизу вгору із загальним часом перебування в блоці близько 1 години і потрапляє потім в гарячий сепаратор.

Механізм гідрування вугілля можна представити таким чином:

1) дифузія водню до вугілля (310 - 350);

2) первинне розкладання вугілля по графітових зв'язків і утворення двовимірних макромолекул (350 - 370);

3) гідрування і поступовий розпад шестичленних кілець, пов'язані з утворенням більш простих систем.

При гідруванні вугілля за методом Бергиус отримують твердий залишок, органічна речовина якого складається головним чином з фузіта. Аналіз проби такого продукту показав, що органічна маса складається практично повністю з фузіта. На заводах гідрування вугілля виходять відносно великі кількості етану, який є вихідною сировиною для виробництва високоякісних масел. Бензин, отриманий при гідруванні вугілля, приблизно містить 14 - 16% Н2 і 81 - 84% С.

4. Переробка вугілля в синтетичні рідкі палива

За фізико-хімічними властивостями отримана рідка вуглеводнева суміш є близькою до нафти.

Подальша переробка рідкого бурого вугілля здійснюється в умовах, аналогічних процесів переробки нафти.

Зміст мінеральних речовин в бурому вугіллі перевищує їх вміст у нафтовій сировині. При переробці бурого вугілля в синтетичне рідке паливо необхідне застосування досконалих процесів фракціонування і розділення вуглеводневої і мінеральної складових.

На другій стадії здійснюється очищення рідкого бурого вугілля від механічних домішок, зважених часток, солей, сірки та інших компонентів, що підлягають видаленню.

Третя стадія - поглиблена переробка рідкого бурого вугілля в синтетичне рідке паливо.

Вперше синтетичне паливо з вугілля з'явилося в Німеччині - в 1911 р німецький хімік Ф.Бергіус отримав з вугілля бензин. Справа в тому, що в Німеччині не було власних родовищ нафти, а потреба в паливі зростала. Зате були одні з найбільших в Європі покладів бурого вугілля, що і спонукало на проведення досліджень з метою отримання палива саме з цього викопного. Проблема була успішно вирішена зусиллями німецьких хіміків, і вже до 1941 року Німеччина виробляла до 4 млн т рідкого палива на рік.

На початку 70-х років в ПАР була створена група заводів "Сасол" по переробці вугілля в синтетичне рідке паливо, що дозволило з меншими втратами пережити ембарго на поставки нафтопродуктів. Сьогодні компанія "Сасол" переробляє близько 47 млн ​​т вугілля в рік, виробляючи близько 7 млн ​​т рідкого палива і маючи річний прибуток в сотні мільйонів доларів. Саме цій південноафриканській компанії приписують найвищі показники з точки зору рівня технології і освоєння масштабів виробництва.

Після ПАР найбільш масштабно і високотехнологічне синтезувати моторне паливо почали в США. Вісім проектів на різних стадіях реалізації здійснюються в Китаї, і всі вони призначені для повної заміни традиційних видів палива. В цілому в Нігерії, Катарі, Малайзії та США на стадії проектування і будівництва перебувають близько 50 об'єктів сумарною потужністю понад 300 млн т палива на рік. До проблеми підключилися Японія, Індія, Польща, Індонезія, Пакистан. Загальний обсяг офіційно оголошених інвестицій в цю сферу перевищив $ 15 млрд, а виробництво синтетичного палива досягло 20 млн т на рік.

Технологія отримання емульсійної палива включає наступні основні стадії: зрідження бурого вугілля, стабілізацію емульсійної системи і очищення емульсійної системи від механічних домішок і зважених часток.

На першій стадії здійснюється процес зрідження бурого вугілля.

Друга стадія - стабілізація емульсійної системи в кавітаційному реакторі.

На третій стадії здійснюється очищення емульсійної системи від механічних домішок і зважених часток. Очищення здійснюється оригінальним, які не мають аналогів, способом - термо-гравітаційної очищенням.

Отримана емульсія має всі необхідні регламентовані фізико-хімічні властивості. До таких властивостей відносяться: стабільність паливної системи протягом тривалого часу, технологічно прийнятні значення реологічних параметрів - низька в'язкість, низькі значення меж плинності, відсутність виражених тиксотропних властивостей, гранична однорідність каогуляціонних структур.

Емульсія відповідає основній вимозі, яка пред'являється до емульсійних палив, - в емульсії міститься висока концентрація горючої основи, достатньої для забезпечення високої калорійності палива.

Емульсійне паливо є екологічно найчистішим видом альтернативного рідкого палива також і тому, що крім зменшення в газах перерахованих вище шкідливих викидів, при його горінні істотно знижується концентрація оксидів азоту і сірки.

література

  1. Байбатша А.Б. Геологія родовищ корисних копалин Підручник. - Алмати: КазНТУ, 2008. - 368 с
  2. Коксохімія як джерело вуглеводнів // Точка доступу: https://m.studme.org/286777/matematika_himiya_fizik/koksohimiya_istochnik_uglevodorodov
  3. Огляд технологій і ринків продуктів глибокої переробки вугілля // Об'єднання незалежних експертів в області мінеральних ресурсів, металургії та хімічної промисловості Москва грудень, 2012 https://www.marketing-magazin.ru/imgs/goods/1309/ru_uglechim.pdf
  4. Осипов А.М. Грищук С.В., Бойко З.В. Особливості початковій стадії прямого зрідження копалин вугілля Донбасу // Донецькі читання 2018: освіта, наука, інновації, культура і виклики сучасності: - Том 2: Хіміко-біологічні науки / за загальною редакцією проф. С.В.Беспаловой. - Донецьк: Вид-во ДонНУ, 2018. - 356 с. - С. 58-61
  5. Професійна підготовка студентів за курсом «Термічна переробка твердого палива»: навч. посібник / Ю.І. Рахімова. - Самара: Самар. держ. техн. ун-т, 2011. - 60с
  6. Шатохін С. В. Стратегічні орієнтири інноваційного розвитку вугільної промисловості ДНР // Економіка Донбасу: проблеми сьогодення та можливості буду ного: зб. науч. ст. . - М.: АНО Изд. Будинок «Наук. обозрение », 2017. - 297 с., С. 187 - 190
  7. Шевченко О.А., Проскурня Ю.А. Еколого-геохімічні особливості вугілля і шахтних вод Донбасу (на прикладі Донецько-Макіївського вуглепромислового району) // Геолого-мшералопчній в1снік, - 2001№ 2. - С. 38-4