Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы в связи с уменьшением запасов нефти и увеличением стоимости ее добычи и транспортировки перспективным является организация предприятий по получению моторного топлива и химических продуктов из альтернативного сырья - угля, запасы которого в Казахстане, особенно в Экибастузском и Кендерлыкском бассейнах, огромны и исчисляются десятками миллионов тонн.
В настоящее время в СНГ и за рубежом проблема получения жидкого топлива и химических продуктов методом прямой гидрогенизации угля рассматривается как наиболее перспективное направление в энергетике и нефтехимической промышленности будущего. В ряде стран государственными и частными компаниями ведутся интенсивные работы по созданию основ процессов третьего поколения, которые должны характеризоваться наибольшей полнотой использования химического и энергетического потенциала угля. В связи с этим, существенно возрастает актуальность комплексных исследований, дающих количественные характеристики реакционной способности углей при ожижении.
Основной актуальной задачей при реализации технологии гидрогенизации угля, является повышение эффективности гетерогенно-каталитических реакций. Применение неорганических катализаторов позволяет осуществлять процесс гидрогенизации угля в более мягких условиях и увеличить выход жидких продуктов при уменьшении газообразования по сравнению с некаталитическими процессами. В настоящее время в стадии опытных и демонстрационных испытаний находятся более десяти технологий гидрогенизации угля различающихся, главным образом, природой катализатора, способом его использования в процессе и методом выделения из продуктов гидрогенизации.
Цель работы. Настоящее исследование посвящено подбору и оптимизации эффективных неорганических катализаторов, разработке технологии получения синтетических жидких тогогав из ^тля, установлению оптимальных параметров процесса, переработке образующихся шламов и разработке технологических схем этих процессов. В связи с этим, в работе поставлены следующие задачи:
- изучение влияния природы катализатора, температуры, времени процесса
гидрогенизации, количества катализатора и соотношения уголь-
пастообразователь на кинетику процесса и степень конверсии углей
Кендерлыкского и Экибастузского месторождений;
- разработка новых каталитических систем, позволяющих достигать
глубокого превращения угля в жидкие продукты под давлением не выше 5,0
МПа;
оптимизация стадии ожижения угля путем математического моделирования;
- изучение влияния химической обработки бурого угля водными
растворами гидроксидов щелочных металлов-на его поведение в процессах
гидрогенизации;
- изучение влияния добавки элементарной серы в реакционную среду;
- определение экономической эффективности получения синтетических жидких продуктов из бурого угля Экибастузского и Кендерлыкского бассейнов.
Научная новизна. Научная новизна состоит в том, что гидрогенизация угля осуществляется не молекулярным водородом, а путем переноса водорода от молекул промежуточных жидких угольных продуктов к органической массе угля, а катализатор, в основном, восстанавливает утраченные Н-донорные свойства жидких продуктов.
Разработан новый метод повышения активности неорганических катализаторов, содержащих оксиды железа, путем превращения его в мелкодисперсный пирротин в условиях ожижения угля.
Впервые выявлены особенности технологии каталитических процессов получения синтетических жидких топлив из углей Кендерлыкского и Экибастузского месторождений;
На основе системного подхода установлены вероятные механизмы протекания реакций, построены адекватные кинетические уравнения, описывающие обобщенный механизм стадии ожижения угля;
Показана возможность использования в качестве донора водорода-предварительно гидрированной фракции с температурой кипения > 350С, выделенной из продуктов ожижения;
Разработаны технологические основы, и схема переработки шлама, который состоит из неорганической части угля и катализатора.
Практическая значимость. Разработаны химико-технологические основы гидрогенизационных процессов для промышленного производства синтетических жидких топлив (СЖТ) из углей -Экибастузского и Кендерлыкского угольных бассейнов. Проведены укрупненные испытания катализаторов ("Тургайский боксит" и "Нарынкольский бентонит") в процессе гидрогенизаций углей на стендовой проточной установке производительностью 3 кг/сутки. Полученные результаты легли в основу технико-экономических расчетов по проекту создания минизавода производительностью 200 т/сутки. Оформлен инвестиционный проект на строительство и эксплуатацию минизавода по производству СЖТ из Кендерлыкского угля.
Найдены условия получения СЖТ из низкосортных Экибастузских углей. Выданы фирме "Аксес Комир" исходные данные по получению СЖТ из Экибастузского угля.
Апробация работы. Результаты работы докладывались:
на Международной конференции по аналитической химии. - Алматы. 5-8 октября 1998г.
на Международной конференции, посвященной 25-летию Алматинского Высшего технического училища. (Алматы, 1998).
на конференции молодых ученых ВУЗов г. Алматы, посвященной "Году единства и национального согласия". (Алматы, 1998).
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 13 статей и 3 тезиса докладов, подана заявка на предполагаемый патент.
Объем и структура работы: Работа изложена на 145 страницах, включает 58 таблиц и 17 рисунков. Дополнительные сведения, подтверждающие практическую значимость работы, приведены в приложениях.
