Методы и способы получения синтетического газообразного и жидкого топлива на основе химической переработки угольного минерального сырья

международную экономическую систему, одним из направлений которой является инвестиционное сотрудничество.

Начиная с 2001 года, в крае отмечается рост объемов инвестиций в основной капитал. В 2005 году объем инвестиций (в сопоставимых ценах) впервые превысил уровень 1995 года на 6.9%. В 2008 году объем инвестиций в основной капитал по сравнению с 1995 годом вырос в 1.8 раза.

Доля инвестиций в основной капитал в валовом региональном продукте длительное время постоянно уменьшалась (39.7 % - 1990, 15.2% - 1995, 11.8% 2000). Начиная с 2005 года наметилась тенденция к росту (15.3%), 2006 - 16.4, 2007 - 17.8, 2008 (по предварительным данным) - 23.1 %.

Такая же тенденция прослеживается и по удельному весу инвестиций края в РФ. ДОЛЯ Приморского края в общероссийском показателе инвестиций в основной капитал в 1990 году составляла 1.8 %, в 1995 -1.1, в 2000-2004 годах снизилась до 0.6%. В 2005-2007 годах удельный вес колебался на уровне - 0.8 - 0.7%. В 2008 году составил (по предварительным данным) 0.8%.

Основной поток инвестиций в 2008 году был направлен на развитие следующих видов экономической деятельности: транспорт (45.6% от общего объема), производство и распределение электроэнергии, газа и воды (8.4%), обрабатывающие производства (8%), связь (7.4%), операции с недвижимым имуществом, аренда и предоставление услуг (6.7%»).

Для обеспечения инвестиционного процесса необходима мобилизация всех источников финансирования инвестиций в основной капитал.

Кабанов И.Г.

МЕТОДЫ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО ГАЗООБРАЗНОГО И ЖИДКОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ УГОЛЬНОГО

МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Идея о необходимости и эффективности предварительной переработки твердого топлива перед его сжиганием была сформулирована российскими учеными еще в начале XX века. Одним из первых, кто создал условия для ее практической реализации, был академик Г.М. Кржижановский - в то время директор организованного им Энергетического института Академии наук СССР (ЭНИН) Созданная Г.М. Кржижановским школа энерготехнологов во главе с членом-корреспондентом АН СССР З.Ф. Чухановым обосновала и разработала процесс высокоскоростного пиролиза твердого топлива (угля, торфа, горючих сланцев), показав его высокую эффективность в первую очередь при реализации на базе крупномасштабных потребителей твердого топлива, какими являются электрические станции. Подобная переработка топлива позволяет наиболее экономичным образом извлекать или получать из него ценные для народного хозяйства продукты: газ пиролиза, на 30-40% состоящий из непредельных углеводородов - главного сырья современной химии пластикатов, ныне получаемого из природного газа и нефти (при их специальной переработке), и смолопродукты, из которых можно получить различные виды моторного топлива и жидкое котельное топливо - аналог мазута.

Сегодня уголь должен рассматриваться как энерготехнологическое сырье и использовать его в крупных масштабах надо только комплексно, деля его потенциальную химическую энергию примерно в равных долях между энергетической продукцией (электричеством и теплом) и химической продукцией. Организуя энерготехнологическую переработку твердого топлива на базе крупной энергетики (тепловой, а, возможно, и атомной), мы преодолеем нефтегазовый кризис, ожидающий нас уже в этом, XXI веке. Негативные тенденции в области сырьевой базы нефте- и газодобычи - снижение ресурсов при необходимости сохранения высоких поставок на экспорт -требуют широкого и быстрого внедрения новых угольных технологий, ориентированных на экологоэнергосбережение и комплексное использование углей всех видов.

Процесс газификации угля является многоцелевым относительно состава продуцируемого газа При получении газообразных топлив выделяются три основных направления, связанные с производством топливного газа, заменителя природного газа и синтез-газа. Состав и теплотворная способность продуцируемого газа зависят не только от режимов газификации, но и от конструкции

используемого газогенератора. Применение топливного газа позволяет решать экологические и технологические проблемы в энергетике, металлургии и других отраслях промышленности. Особенностью получаемого заменителя природного газа является низкое содержание СО и, следовательно, относительно низкая токсичность, что позволяет широко применять этот газ в бытовых целях. Синтез-газ используется для химической переработки в метанол, моторные топлива или для получения водорода. Для получения жидких топлив непосредственно из угля используются процессы гидрогенизации, пиролиза, ожижения растворителями. При получении котельного топлива (заменителя нефтяного мазута) и моторных топлив требуется дополнительное применение процессов гидропереработки жидких угольных продуктов с целью уменьшения содержания серы и других нежелательных примесей. Наиболее легко перерабатывается «угольная нефть», получаемая в процессе каталитической гидрогенизации угля. Альтернативным направлением производства синтетических жидких топлив является совмещение процессов получения из угля синтез-газа и его химической переработки. Жидкие топлива из синтез-газа экологически намного безопаснее, чем топлива, получаемые прямым ожижением угля. Последние содержат высокое количество канцерогенных полициклических соединений.

Основной целью процессов переработки бурых углей является получение жидких топлив, смазочных масел и углеводородных газов, поэтом}7 они направлены на разукрупнение (деструкцию) молекул исходного сырья и увеличение относительного содержания водорода. Это возможно осуществить следующими способами:

перераспределением имеющихся в исходном топливе водорода и углерода с получением основных продуктов - обогащенного водородом газа и твердого продукта с повышенным содержанием углерода. Это реализуется в термолизных процессах полукоксования и коксования;

превращением органической массы твердого топлива в простейшие '"молекулы - СО, Н2, СН4, С02, и Н20, что достигается при газификации с окисляющим агентом (02 или воздух) и водяным паром при температуре 800... 1600 °С;

присоединением к органической массе угля водорода, так, чтобы соотношение «водород : углерод» увеличилось до величины, характерной для жидких топлив. Этот способ реализуется в процессах гидрогенизации угля;

термической деструкцией исходных макромолекул органической массы угля органическими растворителями, что реализуется в процессах прямого ожижения угля путем термического растворения его органической части;

термическим растворением органической массы угля с одновременным присоединением к молекулам угля водорода (термическое растворение водорододонорным растворителем).

Основными направлениями переработки бурых углей являются:

• Механическое облагораживание.

• Термическое облагораживание.

• Сжигание.

• Термолиз (полукоксование и коксование).

• Газификация.

• Гидрогенизация.

• Экстракция и термическое растворение.

• Производство адсорбентов.

В производстве синтетических жидких и газообразных топлив из твердых горючих ископаемых используется ряд методов высокотемпературной переработки последних без доступа воздуха (пиролиз) или в присутствии окислителей (газификация). Эти варианты позволяют получать жидкие фракции (смолы) и газовые смеси путем разделения и очистки которых можно получить товарные продукты либо использовать их в качестве сырья для синтеза моторных топлив и органических продуктов.

В различных странах сейчас работает более 80 опытных установок ожижения угля. Однако в промышленном масштабе технологии прямого ожижения угля в настоящее время не используются вследствие ряда причин. Основные недостатки современных технологий каталитического ожижения обусловлены невысокой производительностью процесса, применением высоких давлений водорода, необходимостью выделения катализатора для повторного использования в процессе. Часть этих проблем может быть решена путем подбора дешевых катализаторов на основе рудных материалов.

Их использование позволяет отказаться от трудоемкой и технически трудноосуществимой операции по извлечению катализатора из твердого шламового остатка процесса ожижения угля. Другим путем удешевления процесса ожижения является замена молекулярного водорода на синтез-газ (смесь СО и Н2). Это позволяет исключить ряд технологических стадий, связанных с получением водорода, таких как очистка синтез-газа, конверсия СО, выделение Н2 из газовой смеси.

При промышленном внедрении процессов переработки бурых углей указанные выше процессы в чистом виде используют редко. Чаще применяют следующие комбинированные технологии:

газификация + сжигание газа + производство тепловой и электрической энергии;

полукоксование + газификация твердого остатка (полукокса);

полукоксование + производство адсорбентов;

полукоксование + гидрогенизация жидкого продукта (смолы);

газификация + синтез из полученного синтез-газа (СО+Н2) высокомолекулярных углеводородов (синтез Фишера - Тропша);

газификация + синтез метанола + производство бензина (Мобил-процесс).

Для превращения углей или сланцев в синтетическое жидкое топливо необходимо удалить из них золу, уменьшить молекулярную массу, превратив твердое органическое вещество в жидкое, обогатить его водородом и удалить из него кислород, азот и серу в виде Н20, N1^ и Н28. Одно из направлений получения СЖТ — термическая переработка сырья без доступа воздуха. При этом наряду с твердым остатком (полукоксом), образуется угольная или сланцевая смола (сложная жидкая смесь органических соединений), уже не содержащая золы. Поскольку образование смолы происходит за счет водорода органической массы, которого в сь^рье недостаточно, выход смолы по сравнению с выходом полукокса невелик: 10-20% от органической массы в случае углей. Другое направление - превращение всей органической массы в жидкость или газ применительно к углям - это гидрогенизация и газификация. Дня сланцев данное направление практически нецелесообразно, т.к. золы в них значительно больше, чем органических веществ. Возможны следующие пути получения СЖТ :

Угли

1. Термическая переработка - Смола - Гидрогенизация - СЖТ

2. Ожижение - Жидкий продукт - Гидрооблагораживание - СЖТ

3. Газификация - Синтез-газ - Синтез Фишера-Тропша - СЖТ

За. Газификация - Синтез-газ - Метанол - Синтез углеводородов - СЖТ Горючие сланцы

4. Термическая переработка - Смола - Гидрогенизация - СЖТ

Пути 1 и 4 сравнительно не сложны в аппаратурном оформлении, но их перспективность ограничивается малым выходом жидких продуктов. Эти пути могут представлять интерес как вспомогательные, если находит применение основной продукт - твердый остаток (полукокс). Пути 2 иЗ универсальны, но многостадийны и требуют сложного оборудования. Это особенно относится к пути 2 - прямому ожижению (гидрогенизации) углей при высоких давлениях водорода (10-70 МПа), что определяет высокие удельные капиталовложения в сооружение соответствующих промышленных установок. Однако этот путь дает наибольший выход целевых продуктов. Например, при гидрогенизации каменного и бурого углей получают (в расчете на органическую массу твердого сырья) 53-65 и 53% жидких продуктов против соответственно 9-10 и 18-20% в случае термической переработки (путь 1). По сравнению с газификацией и последовательным синтезом моторных топлив из синтез-газа (путь 3) гидрогенизация энергетически выгоднее, поскольку большая доля теплосодержания сырья переходит в целевой продукт: 58 и 52% вместо 44-52 и 45-50% в случае соответственно каменного и бурого углей.

Все рассмотренные возможные пути получения СЖТ в разные периоды развития различных стран были реализованы в промышленности.