Введение к работе
Актуальность проблемы. Имеющиеся запасы топливно-энергетических ресурсов позволяют Российской Федерации полностью обеспечить свои потребности в них и продуктах их переработки. Вместе с тем, структура запасов горючих ископаемых, состояние промышленного производства топливно-энергетических ресурсов и их влияние на социально- экономическое развитие Российской Федерации в настоящее время характеризуется противоречивыми тенденциями и весьма существенными негативными явлениями.
В последние годы значительно уменьшились объемы добычи нефти и угля, наметилось отставание прироста разведанных запасов горючих ископаемых относительно темпов их добычи.
За истекшие 20 лет подготовленные к добыче запасы крупных нефтяных месторождений сократились в 4 раза, продолжает оставаться крайне неудовлетворительной структура нефтяной промышленности, в которой доля трудноиз-влекаемых и тяжелых нефтей превышает 65% и имеет тенденцию к дальнейшему увеличению.
В связи с этим практическое значение приобретает получение продуктов топливного и химического назначения из угля, что может рассматриваться как одно из перспективных направлений в энергетике и нефтехимической промышленности ближайшего будущего. Процесс прямой гидрогенизации углей является одним из эффективных методов использования их химического потенциала. Разработанный в Институте горючих ископаемых метод прямой гидрогенизации углей под невысоким давлением водорода (до 10 МПа) по своим технико-экономическим показателям занимает предпочтительное положение среди процессов, разрабатываемых в других странах. Дальнейшее усовершенствование данного метода определило проведение комплекса научно-исследовательских и опытно-промышленных работ по разработке научных основ и принципиальных технологических решений гидрогеиизационных процессов получения моторных топлив из угольных дистиллятов, что значительно повышает эффективность процесса в целом.
Настоящая диссертационная работа посвящена решению этой крупной народнохозяйственной проблемы, имеющей большое научное и практическое значение.
В период 1980-1995 гг. был выполнен комплекс исследований по разработке технологических основ и проведена реализация в опытно-промышленном масштабе процессов гидрооблагораживания угольных дистиллятов различного фракционного состава в присутствии отечественных промышленных и новых эффективных катализаторов для получения автобензинов, дизельного топлива марок Л и 3, топлив для реактивных двигателей, в том числе - для гражданской авиации. Работы проводились в соответствии с целевой научно-технической программой ГКНТ СССР и Академии наук СССР ОЦ 008 (задание 0I.01.H1) и Постановлением ГКНТ СССР от 27.02.1989
г. N101, а также Государственной научно-технической программой "Экологически чистая энергетика"- Проект "Создание экологически чистого производства синтетического жидкого топлива производительностью 100 т угля в сутки из бурых углей Канско-Ачинского угольного бассейна".
Цель работы и основные задачи исследования. Разработка технологии гидрогенизационных процессов получения моторных топлив из угольных дистиллятов различного фракционного состава. В соответствии с этим решались следующие задачи:
- разработка научных основ процессов гидрооблагораживания продуктов
ожижения угля для получения моторных топлив с применением отечественных про
мышленных и новых высокоэффективных катализаторов, в том числе катализаторов
Института катализа СО РАН, ВНИИНП и фирмы Халдор Топсе (Дания);
- изучение кинетических закономерностей превращений гетероатомных соеди
нений, непредельных и ароматических углеводородов при гидрооблагораживании
угольных дистиллятов;
- определение технологических параметров процессов гидрогенизационной
переработки угольных дистиллятов различного фракционного состава в моторные
топлива, разработка технологических схем процессов, их опытная проверка в услови
ях стендовых установок и реализация в опытно-промышленном масштабе;
- применение оригинальной технологической схемы для получения низко
сернистого дизельного топлива из продуктов ожижения угля в смеси с "собственным"
донором водорода;
- определение экономической эффективности получения моторных топлив из
бурого угля Канско-Ачинского угольного бассейна.
Научная новизна и полученные результаты. Комплексно решена важная народнохозяйственная проблема: разработаны научно-технические и технологические основы гидрогенизационных процессов для промышленного производства моторных топлив из продуктов ожижения угля. В диссертационной работе впервые:
- обоснован выбор условий для получения автобензинов, низкосернистого ди
зельного топлива с содержанием ароматических углеводородов менее 20 масс, и
топлив для реактивных двигателей;
изучены каталитические свойства широкопористых алюмони-кель(кобальт)молибденовых и вольфрамникельсульфидного катализаторов в сравнении с промышленными катализаторами нефтепереработки при гидроочистке угольных дистиллятов различного фракционного состава;
установлены количественные закономерности реакций гидрогенизации гетероатомных и непредельных соединений угольных дистиллятов, влияние технологических параметров процесса;
исследована каталитическая активность цеолитсодержащих никельмолибде-новых и вольфрамникельсульфидного катализаторов при гидрокрекинге продуктов
з-ожижения угля с т.кип.350-520С и разработана кинетическая модель гидрокрекиш і угольных дистиллятов;
изучены кинетика и гидродинамика процессов гидрооблагораживания угольных дистиллятов применительно к условиям реакторного узла гидроочистки и гидрокрекинга Опытного завода СТ-5;
предложены технологические схемы получения из продуктов ожижения угля автобензина, низкосернистого дизельного топлива с содержанием ароматических углеводородов менее 20% масс, в том числе в присутствии "собственного" донора водорода, а также топлив для гражданской авиации;
- показана экономическая эффективность получения моторных топлив из
бурого угля Канско-Ачинского угольного бассейна применительно к промышленно
му модулю производительностью до 5000 тыс.т жидких продуктов в год.
Практическое значение и реализация полученных результатов. Результаты проведенных исследований реализованы в опытно-промышленных условиях и на этой основе:
- разработана концепция создания экологически чистого промышленного
предприятия по производству синтетических жидких топлив и химических продуктов
из твердых горючих ископаемых (1-ое место в Конкурсе "Разработка экологически
чистых технологий предприятия по производству синтетических жидких продуктов
из угля" ГКНТ СССР и правления союза научных и инженерных обществ СССР, по
становление N442/15 от 28.06.1989 г.);
выполнены технико-экономические расчеты производства до 5000 тыс.т жидких продуктов из угля в год.
выданы АО "Салавагнефтеоргсинтез" результаты по гидроочистке и гидрокрекингу угольных дистиллятов с т.кип. 350-520С в присутствии вольфрамникель-сульфидного катализатора для применения при реализации процесса гидрогенизаци-онной переработки гудронов и мазутов под невысоким давлением водорода (6-8 МПа);
выданы фирме Халдор Топсе (Дания) данные по изучению каталитической активности катализаторов серии ТК при гидрооблагораживании угольных дистиллятов различного фракционного состава для использования при разработке ТЭО (бизнес - плана) создания совместного промышленного предприятия по производству катализаторов (г.Ишимбай, Башкирия).
Апробация работы. Основные разделы работы и результаты были представлены и обсуждены на: V Всесоюзной научно-технической конференции 'Эксплуатационные свойства авиационных топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей" (г.Киев, 1981 г.); IV и V Всесоюзных совещаниях по химии и технологии твердого топлива (г. Москва, 1982 и 1988 гг.); I Всесоюзной научно-технической конференции по экономии топливно-энергетических ресурсов на воз-
душном транспорте (г. Москва, 1983г.); Республиканской конференции "Перспективы использования угля и продуктов его переработки в народном хозяйстве" (г. Киев, 1985г.); I и II Всесоюзных совещаниях по проблемам дезактивации катализаторов ( г. Уфа, 1985 и 1989 гг.); Международной научно-технической конференции "Скоростной пиролиз углей с целью получения энергетического и химического сырья" (ПНР, г. Катовице, 1985г.); Международной научно-технической конференции "Получение жидких продуктов и неэнергетического сырья из угля" (ПНР, г. Любли-нец-Конотек,1989г.); Всесоюзном симпозиуме "Проблемы катализа в углехимии"(г. Донецк, 1990г.); VII Международном нефтехимическом симпозиуме (г. Киев, 1990г.); Международном симпозиуме с фирмой "Амоко Ойл" (США, г. Чикаго, декабрь 1991г.); 5 Международном конгрессе по энергетике (Корея, г.Сеул, 1993г.); I Международном конгрессе "Радиологические проблемы в ядерной энергетике и при конверсии производства (г. Обнинск, 1994 г.); Международном симпозиуме "Сжигание угля с целью получения энергии, окружающая среда и отношение общественности" (Турция, г.Анкара, 1995 г.); 8 Международной конференции "Наука об угле" (Испания, г. Овиедо 1995 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликована I монография, 61 научная статья, получено 2 авторских свидетельства.
Личное участие автора заключалось в постановке и решении проблемы получения моторных топлив из угольных дистиллятов с применением гидрогенизационных процессов, теоретическом обобщении и разработке технологических процессов гидроочистки, гидрокрекинга и каталитического риформинга продуктов ожижения угля в моторные топлива с применением отечественных промышленных и новых эффективных катализаторов, в том числе катализаторов ВНИИНП, Института катализа СО РАН и фирмы Халдор Топсе (Дания), руководстве и непосредственном участии в получении и обработке экспериментальных данных, выдаче исходных данных для составления технологических регламентов и технико- экономического доклада промышленного предприятия мощностью до 5000 тыс. т жидких продуктов в год.
Автор диссертации принимал непосредственное участие в освоении разработанных технологий в опытно-промышленном масштабе на Опытном заводе СТ-5 Минтопэнерго РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, выводов, списка литературы, содержащего 122 наименования, I приложения, изложена на<ІхЛ страницах машинописного текста, включая <3* рИС. и ,Х"табл.
