Переробка вугілля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Аналітичний огляд методів переробки

1.1. Копалини вугілля і методи їх переробки

1.2. Процес спалювання та газифікації вугілля

1.3. Зміна вугілля в процесі його спалювання

1.4. Організація процесів спалювання

1.5. Сучасні методи переробки вугілля

1.5.1 Піроліз

1.5.2. Газифікація

1.5.3. Технологія Лургі

1.5.4. Технологія Вінклера

1.5.5. Технологія Копперс - Тотцека

1.5.6. Метод Тексако

1.5.7. Зрідження

1.5.8.Підземна газифікація вугілля

2. Фізико-хімічні основи процесу

2.1. Загальна характеристика процесу

2.2. Хімізм процесу

2.3. Вплив різних факторів на процес

3. Вибір,обґрунтування і опис схеми

Висновок

Література

Вступ

вугілля спалювання екологічний синтетичний

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.

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 викопної органічної сировини призводить до висновку про те, що родовища нафти і газу будуть значною мірою вичерпано вже на початку перших десятиліть XXI століття. Запасів вугілля повинно вистачити на найближчі кілька сотень років. Висновок про необхідність постійного збільшення масштабів використання вугілля в енергетиці та промисловості підтверджується даними запасів нафти, газу, вугілля і структурою їх світового споживання, що склалася в даний час [1].

Збільшення споживання викопного вугілля буде супроводжуватися зростанням екологічного навантаження на довкілля, оскільки при традиційному способі використання вугілля - спалюванні - утворюється більше шкідливих побічних продуктів у порівнянні з нафтою і газом.

Зниження шкоди навколишньому середовищу від вугільної енергетики може бути досягнуте шляхом переходу до використання екологічно безпечніших видів палива вугільного походження. До них відноситься облагороджене, або так зване «чисте вугілля», шляхом термохімічної переробки якого, отримують синтетичні газоподібні та рідкі палива. Викиди шкідливих речовин при використанні цих синтетичних палив значно нижче, ніж у випадку застосування рядового вугілля.

Враховуючи великі запаси вугілля в країні, використання його для отримання синтетичних енергоносіїв не вплине на якість економічних аспектів світового співвідношення в споживанні енергоресурсів.

1. Аналітичний огляд методів переробки

1.1 Копалини вугілля і методи їх переробки

Вугілля являють собою природні полімери, склад і структура яких змінюється в залежності від віку вугілля. Високомолекулярна структура вугілля складається з ароматичних, гідроароматичних, гетероциклічних та аліфатичних фрагментів, різних функціональних груп. Ці фрагменти пов'язані між собою різноманітними способами, в тому числі за допомогою аліфатичних зв'язків вуглець - вуглець, вуглець - кисень, вуглець - азот, вуглець - сірка. Для більш молодого бурого вугілля характерно більш високий вміст гетероатомів (насамперед кисню) в порівнянні з кам'яним вугіллям, у складі якого переважають конденсовані поліароматичні фрагменти. Макромолекули вугільної структури можуть з'єднуватися між собою за допомогою електронно-донорно-акцепторних взаємодій.

Одна з можливих структур вугілля наведена на рисунку 1.1. З функціональних груп у вугіллі зазвичай переважають кисневмісні групи, що входять до складу фенолів, карбонових кислот, спиртів, ефірів та карбонільних сполук. Поряд з органічною масою в викопному вугіллі присутній мінеральна частина, представлена такими елементами, як кремній, алюміній, кальцій, залізо та інші. В цілому склад копалин вугілля більш складний, ніж нафти, і може істотно відрізнятися, навіть у межах одного вугільного родовища.

Метою більшості процесів хімічної переробки вугілля (за винятком отримання вуглецевих матеріалів) є його перетворення в низькомолекулярні органічні продукти, по можливості досить однорідного складу. Перетворення вугілля в більш звичні органічні сполуки досягається при термічній обробці і впливі різних реагентів. У процесі нагрівання в першу чергу розриваються найбільш слабкі аліфатичні ланцюжки, якими пов'язані конденсовані ароматичні структури [1].

Рисунок 1.1 Фрагмент гіпотетичної структури вугілля [2]

Размещено на Allbest.ru

1.2 Процес спалювання та газифікації вугілля

В основі спалювання та газифікації палива лежить загальний фізико-хімічний процес горіння, тобто інтенсивного окислення палива [2, 6].

Окислення в загальному сенсі охоплює всі процеси з'єднання палива з вільним або зв'язаним в хімічних сполуках киснем, включаючи пряме окислення, реакції з двоокисом вуглецю, водяною парою та ін. Так звані відновні процеси (наприклад, CO₂ + C = 2CO) є в той час окисними по відношенню до вуглецю.

Спалювання є інтенсивний окислювальний процес повного з'єднання горючої частини палива і кисню, що супроводжується максимальним виділенням тепла і отриманням продуктів повного окислення - димових (негорючих) газів (CO₂, H₂О та ін.) і твердого негорючого залишку - золи і шлаків.Размещено на Allbest.ru

Горіння відрізняється від так званого повільного окислення значно більшою інтенсивністю реакцій і виділення тепла.

Газифікація - є термохімічний процес переробки твердого палива шляхом взаємодії його з киснем, водяними парами та іншими газифікуючими агентами з метою перетворення палива в горючий газ (суміш CO, H₂ та ін.), призначений для подальшого спалювання (енергетичний і побутовий газ) або для технологічних процесів (технологічний газ).

До термохімічних процесів переробки твердого палива належить переробка його шляхом нагрівання без доступу кисню (повітря) - коксування і напівкоксування.

Коксування і напівкоксування носять принципово інший характер ніж газифікація. При коксуванні, яке, як відомо, протікає при температурі 1000-1100 ° С, хімічні процеси, зміни структури твердого залишку та виділення рідких газових продуктів протікають тільки за рахунок підведення зовнішнього тепла.

Головне завдання коксування - отримання міцного металургійного коксу. Крім того, при коксуванні отримують коксовий газ і смолу, що представляють собою цінна хімічна сировина.

При напівкоксуванні, яке ведеться при температурі близько 500-600 ° С і також за рахунок зовнішнього підведення тепла, головне завдання полягає в тому, щоб отримати хімічні продукти (смолу, газ), а твердий залишок - напівкокс - є енергетичним паливом.

В основі газифікації лежить або неповне окислення палива при нестачі кисню, або неповне згоряння з подальшим реагуванням вуглецю з двоокисом вуглецю і водяною парою з метою отримання горючих газів (CO, H2 та ін.) Відновні реакції носять ендотермічний характер, тобто супроводжуються поглинанням тепла.

У порівнянні з використанням палива безпосередньо в твердому вигляді газифікація відрізняється великими перевагами. Горючі гази легко транспортуються по трубах на значні відстані. При спалюванні газу не утворюється твердих залишків (золи); легко досягаються автоматизація і регулювання процесу, повнота згорання і високий температурний рівень горіння. Для перетворення твердого палива в газоподібний застосовують спеціальні апарати - газогенератори.

На рисунку 1.2 показана найпростіша схема газогенератора.

1 - киснева зона; 2 - зона відновлення; 3 - зона сухої перегонки палива;
4 - зона сушки палива; А - підвід дуття; Б - відвід газів

Рисунок 1.2 Схема газогенератора

Паливо надходить зверху в завантажувальний пристрій. Знизу через зазори в колосникових решітках подають повітря і водяну пару. У нижній частині шару, розташованої над зоною шлаку і золи, відбувається згорання палива. Так як в цій зоні 1 витрачається в основному весь кисень, вона називається кисневою. Шар шлаку і золи, що примикають до колосникових решіток, грають роль засипки, вирівнює розподіл дуття (повітря і водяної пари). Дослідження показують, що роль самих колосників в цьому вирівнюванні незначна. Крім того, зольна або шлакова подушка захищає колосники від надлишкового нагрівання. Продукти горіння вуглецю, містять у великій кількості CO₂ і в меншому СО, надходять в зону відновлення 2. Тут двоокис вуглецю, а також водяна пара вступають в хімічні реакції з вуглецем палива, розпеченого за рахунок тепла, що виділився з кисневої зони.

Слід зауважити, що ці процеси починаються і в кисневій зоні. У результаті реакцій СО₂ і Н₂О з вуглецем палива утворюються горючі гази - СО, Н₂, до яких підмішується негорючий баласт - азот (з повітря), нерозкладена частина СО₂ і водяна пара.

Утворена суміш газів йде вгору через шар палива і нагріває його своїм («фізичним») теплом. Паливо, нагріте без доступу кисню, зазнає складного видозмінення своєї внутрішньої структури в процесі напівкоксування (зона сухої перегонки 3). За рахунок залишкового тепла у верхній частині шару паливо підсушується і до газів приєднуються водяні пари в зоні сушки 4.

Внаслідок сухої перегонки з палива виділяються летючі, тобто газоподібні продукти, що містять СО, СО₂, Н₂, СН₄), ненасичені та інші вуглеводні, а також пари рідких продуктів - смоли і внутрішньої (так званої пірогенетичної) вологи. Само паливо при цьому перетворюється в твердий продукт, що складається з вуглецю і мінеральних домішок (золи), званий коксом або (при великому залишковому виході летких) напівкоксом. Таким чином, паливо із зони сухої перегонки в зону відновлення і далі в кисневу зону надходить у вигляді коксу або напівкоксу.

Утворений генераторний газ, до якого у верхній частині шару палива підмішуються летючі, що містять газоподібні вуглеводні, смоляні і водяні пари - відводиться через газовідвідний патрубок. Негорючі тверді залишки у вигляді шлаку видаляються з колосникових решіток у ванну з водяним затвором.

На рисунку 1.3 показана найпростіша схема топкового пристрою - шарова топка з нерухомими колосниковими решітками для спалювання на ній вугілля і іншого палива. Подача палива здійснюється зверху на палаючий шар, причому паливо проходить, загалом, через ті ж стадії, що і в газогенераторі. Повітря вводиться знизу під колосникові решітки.

Рисунок 1.3 Шарова топка з колосниковими решітками

З метою виділення максимальної кількості тепла процес горіння організовується так, щоб домогтися повного спалювання палива, тобто максимального вмісту в продуктах згоряння СО₂ і Н₂О. Склад горючої суміші (паливо + окислювач), в якій міститься найменша кількість кисню, необхідне для повного окислення палива, називається стехіометричним. При стехиометричному співвідношенні немає ні надлишку, ні нестачі кисню, і в цьому випадку потрібна кількість його, або відповідну кількість повітря, називається теоретично необхідним, або, просто, теоретичним.

Ставлення дійсної витрати повітря при спалюванні палива до теоретичного називається коефіцієнтом надлишку повітря (кисню) і позначається через б. Величина б > 1.

При теоретичній витраті повітря б = 1. Внаслідок труднощі гарного змішування палива з окислювачем в практичних умовах при б = 1 повного згоряння палива домогтися дуже важко. Якщо в топку надходитиме недостатньо кисню (б < 1), то тоді вона буде працювати як газогенератор. При деякому надлишку кисню (б > 1) продукти газифікації і сухої перегонки первинного (робочого) палива і твердий вуглець коксу палива піддаються повному спалюванню.

При великій висоті шару палива в ньому починають розвиватися відновні процеси, і димові гази будуть містити окис вуглецю та інші горючі гази, що характеризує так звану хімічну неповноту згоряння. У такому випадку в топковий простір (над шаром палива) доводиться вводити вторинне повітря, необхідне для допалювання окису вуглецю, а також летких, що виділилися у верхній частині шару. При невисокому шарі палива все повітря, необхідне для горіння, вводиться через колосникові решітки.

1.3 Зміна вугілля в процесі його спалювання

У процесі попередньої теплової підготовки - сушки, прогріву і особливо сухої перегонки палива значно змінюється зовнішня і внутрішня його структура: утворюються тріщини, пори, відбувається навіть подрібнення шматків і, нарешті, утворюються і виділяються летючі продукти.

Кокс, отриманий з різних палив, характеризується і різною міцністю: неміцний, розсипчастий, одержуваний, наприклад, з антрацитів, худих кам'яних і будь-якого вугілля, і щільний (спечений, сплавлений) - отримується з низького, так званого, спікливого кам'яного вугілля.

Додаткові зміни у зовнішній структурі спалюваного або газифікованого шару палива можуть вийти в результаті операцій паливоподачі, сепарації, тобто розподілу палива по крупності частинок, а також у результаті розпушення, видалення шлаків і інших способів механічної дії на шар палива та шлаку.

У зону горіння надходить не первинне робоче паливо, а кокс - твердий вуглецевий залишок, що містить також мінеральну частину, що утворить золу.

Волога і летючі, залежно від технологічної схеми спалювання або газифікації, можуть бути відокремлені раніше; інакше вони разом з коксом потраплять в зону горіння [6].

1.4 Організація процесів спалювання

Організація процесу спалювання твердого палива складається з наступних стадій:

- механічна підготовка палива (сортування або подрібнення);

- подача і рух палива і повітря;

- змішування палива з окислювачем (повітрям);

- теплова підготовка палива та дуття (підігрівання дуття і палива, сушка палива, виділення летючих);

- займання палива в результаті його теплової підготовки;

- горіння коксу і летких;

- рух і відведення газоподібних продуктів горіння;

- виділення і відведення твердої, негорючої частини палива (золи і шлаків).

1.5 Сучасні методи переробки вугілля

1.5.1 Піроліз

Піроліз - перетворення органічних сполук у результаті деструкції їх під дією високої температури. Зазвичай термін використовують у вужчому сенсі і визначають піроліз як високотемпературний процес глибокого термічного перетворення нафтової і газової сировини, що полягає в деструкції молекул вихідних речовин, їх ізомеризації та ін. змінах [6, 13].

В останні роки помітно зріс інтерес до модифікацій процесів піролізу, що пояснюється відносною простотою технологічного оформлення цих процесів і можливістю виробництва на їх основі цінних продуктів з різними властивостями. Встановлено, що склад продуктів піролізу бурого і кам'яного вугілля зазнає значних змін, в залежності від таких параметрів процесу, як температура, середовище, тиск, вологість вугілля та ін. При атмосферному тиску газове середовище не робить помітного впливу на відгін летючих речовин; попередня осушка вугілля, його подрібнення і підвищення тиску реакційноздібних в умовах процесу газів збільшують швидкість піролізу.

Вперше залежність виходу рідких і газоподібних продуктів піролізу встановлена Чухановим, що показало, що при ізотермічному швидкісному піролізі (швидкість нагріву 104 °С і більше, час реагування (10^-1-10^-4 с) вихід смоли з бурого вугілля досягає 25-28 %. При цьому вихід бензинової фракції (температура кипіння 180 °С) становить 28 %, а фракції, википає до 230 °С, близько 40 %.

Існує промислова установка продуктивністю по вугіллю 1,2 млн. т/рік (175 т/год). При швидкісному піролізі бітумінозного вугілля вихід газу, рідких продуктів і коксу практично не залежить від розміру його частинок. З ростом температури вихід газів підвищується, причому відношення (С₂Н₂ - С₂Н₄): (С₂Н₆) збільшується із зростанням температури до 600-650 °С, а потім починає помітно знижуватися.

Гідропіроліз вугілля є одним з найбільш перспективних методів. Процес протікає в середовищі водню або синтез-газу (суміш монооксиду вуглецю і водню). При цьому значно зростає газовиділення, і склад продуктів, що утворюються, помітно відрізняється від продуктів звичайного піролізу. Гідропіроліз протікає в широкому інтервалі тисків (0,1-10,0 МПа) і температур (600-950 °С). При часу реакції 1 хв не потрібно включення в схему виробництва пари або кисню високого тиску. Процес екзотермічний; кокс, що утворюється, містить мало горючої сірки і може бути використаний як котельне паливо. При організації збуту газу цей процес може виявитися економічно ефективним [3, 13].

При поєднанні каталітичного гідропіроліза з суперкритичною газовою екстракцією 40 % (мас.) вугілля відбувається переклад одного або декількох компонентів твердої або рідкої суміші в «надкритичний газ «за рахунок контактування суміші поділюваних компонентів з газоподібним екстрагентом при температурі і тиску вище його критичної точки. Найбільш поширені у якості екстрагентів (розчинників) СО₂, етан, етилен, пропан та ін. Склади смол, що утворюються при піролізі і гідропіролізі, трохи відрізняються.

При тиску водню 0-10,0 МПа, а також в умовах каталітичного гідропіроліза при контакті з Fe₂О₃ або ZnCl₂ • 2H₂О селективність утворення продуктів залежить від парціального тиску Н₂. В інтервалі 0,3-10,0 МПа зростає вихід фракції бензол - толуол - ксилол. У присутності каталізаторів збільшується утворення нижчих продуктів. У присутності кислих каталізаторів при неізотермічних умовах ступінь конверсії вугілля підвищується.

Смола, що отримується в умовах гідропіроліза при помірному тиску, містить багато ароматичних сполук, трохи парафінів і висококиплячих фенолів. Тиск впливає на склад смоли подібно підвищенню температури, кокс процесу гідропіроліза відрізняється високою міцністю і меншою мікропористостю.

Слід зазначити, що помітне збільшення виходу рідких продуктів спостерігається не тільки при піролізі в атмосфері водню, але і при сопіролізі вугілля із залишками вакуумної дистиляції нафти і високомолекулярними органічними продуктами, які є донорами водню, здатними взаємодіяти з радикалами, що утворюються при деструкції органічної маси вугілля (склад ОМВ - це частка основних елементів органічної маси вугілля: вуглецю, водню, азоту, кисню і органічної сірки). Підвищення виходу рідких продуктів на 20-30 % порівняно з експериментальними результатами, отриманими в реторті, і збагачення їх парафіновими вуглеводнями спостерігається при термічній деструкції подрібнених твердих палив при атмосферному тиску в присутності водяної пари при 440 °С і контакті протягом 15-20 хв.

Піроліз в атмосфері метану є дуже перспективним методом виробництва етилену і синтетичного бензину. Процес протікає при 825 - 900°С, тиску 0,3-0,6 МПа і часу контакту менше 100 с, причому з пониженням тиску і збільшенням швидкості нагріву вихід етилену підвищується. При 3,5 МПа і 825 °С вихід С₂Н₄ складає 4,3 % (мас), а при 0,7 МПа - 8,3 % (мас.) [2].

1.5.2 Газифікація

При високотемпературній обробці твердого палива в середовищі кисню повітря, водяної пари, діоксиду вуглецю і водню органічні складові палива без остачі перетворюються в газоподібні продукти. Основні напрямки газифікації вугілля і складу продуктів наведені на малюнку 1.4.

Рисунок 1.4 Способи газифікації вугілля

До теперішнього часу освоєні різні модифікації промислових процесів газифікації вугілля, найбільш поширеними з яких є технології Лургі (стаціонарний шар кускового вугілля), Вінклера (киплячий шар вугільних частинок), Копперс - Тотцека (пиловугільного потік), Тексако (водовугільна суспензія) і їх різні модифікації. На дослідно-промисловому рівні зараз відпрацьовується близько20 технологій газифікації вугілля нового покоління. Ефективність процесів газифікації може істотно підвищуватися при використанні відповідних каталізаторів, що дозволяють знижувати температуру при збереженні високої швидкості процесу і регулювати склад продуктів.

Вплив каталізатора на процес газифікації твердого палива ілюструється схемою (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 Процес газифікації вугілля

Каталізатор може прискорювати як реакції прямого перетворення вуглецю в газоподібні сполуки (маршрут 1), так і газофазної реакції продуктів термічного перетворення вугілля (маршрут 2). До теперішнього часу переважно розробляли процеси каталітичної газифікації, засновані на прискоренні реакції прямого перетворення вугілля в газоподібні сполуки. У цих випадках для ефективного впливу каталізатора необхідно забезпечити його хороший контакт з твердим сировиною. Для цього використовують каталізатори, що наносяться на поверхню вугілля, а також здатні плавитися або возгонятись в умовах процесу, проникаючи в пори вугілля. Найбільш поширеними каталізаторами процесу газифікації вугілля є сполуки лужних, лужноземельних і деяких перехідних (Ni, Fe, Co) металів.

Серед технологій, що проходять дослідно-промислову обробку, слід виділити як найбільш перспективний процес ЕКСОН - каталітична газифікація вугілля водяною парою в киплячому шарі, процес Молто СОЛТ - парокиснева газифікація при підвищеному тиску і розплаві соди, процес ПАТГАЗ - газифікація при атмосферному тиску в розплаві заліза. Застосовувані розплави грають роль теплоносія і каталізатора [1].

1.5.3 Технологія Лургі

Найбільш перспективною в даний час видається газифікація крупнозернистого палива в щільному шарі методом Lurgi, здійснюваним при підвищеному тиску, [2, 3]. Цей метод застосовується на 16 заводах різних країн світу, на яких експлуатується більше 60 газогенераторів Lurgi. Збільшення тиску дозволяє істотно підвищити теплоту згоряння одержуваного газу за рахунок протікання реакцій метанування. Ці реакції екзотермічні, завдяки чому при тиску 2,8-3 МПа можна скоротити потребу в кисні на 30-35 %. Крім того, одночасно зростає продуктивність газогенератора (пропорційно тиску) і підвищується ККД газифікації.

У газогенераторі Lurgi (рисунок 1.6) вихідний вугілля (розмір часток 5-30 мм) з бункера 2 періодично завантажують у шахту 7 газогенератора, забезпечену водяною оболонкою 12. За допомогою охолоджуваного обертового розподільника 5 і перемішують 6 паливо рівномірно розподіляється по перерізу апарату. Парокисневе дуття подають під обертову колосникову решітку 11, на якій знаходиться шар золи. Цей шар сприяє рівномірному розподілу газифікуючих агентів. При обертанні колосникової решітки надмірна кількість золи за допомогою ножів 8 скидають у бункер 14. Утворений в апараті газ проходить скрубер 10, де попередньо очищається від вугільного пилу і смоли (у разі потреби смолу можна повернути в шахту газогенератора). Обертання розподільника 5 і колосникової решітки 11 здійснюється від приводів 4 і 9.

1, 3, 13, 15 - затвори; 2, 14 - бункери; 4, 9 - привід; 5 - розподільник вугілля; 6 - перемішуючий пристрій; 7 - шахта; 8 - ножі; 10 - скрубер;
11 - колосникова решітка; 12 - водяна оболонка

Рисунок 1.6 Газогенератор Lurgi

У шахті газогенератора підтримують тиск ~ 3 МПа, тому, щоб забезпечити безпечну завантаження палива і вивантаження золи, кожен з бункерів 2 і 14 забезпечують двома конусоподібними затворами 1, 3, 13 і 15. При завантаженні палива в бункер 2 затвор 1 відкритий, а затвор 3 закритий. Для передачі палива в шахту затвор 1 закривають, по обвідний газової лінії з'єднують бункер з шахтою газогенератора (для вирівнювання тиску) і відкривають затвор 5. Перед наступним завантаженням палива в бункер 2 закривають затвор 3, скидають газ в лінію низького тиску, продувають бункер азотом або водяною парою, а потім відкривають затвор 1.

Аналогічно здійснюють вивантаження золи з бункера 14. Типовий газогенератор Lurgi має діаметр 4-5 м, висоту 7-8 м (без бункерів) і продуктивність по вугіллю 600-1000 т/добу. На рисунку 1.7 показана принципова технологічна схема газифікації вугілля за методом Lurgi.

А - виробництво газу; Б - конверсія оксиду вуглецю; В - очистка газу від діоксиду вуглецю метанолом;

Рисунок 1.7 Схема газифікації вугілля в щільному шарі по методу Lurgi

Недоліки методу Lurgi: жорсткі обмеження за розмірами частинок - не менше 5 мм (так як при великому вмісті дрібниці знижується продуктивність апарату); поряд з газифікацією відбувається термічне розкладання палива з утворенням продуктів напівкоксування, які необхідно витягувати з газу і переробляти; низька ступінь розкладу водяного пара (30-40%), внаслідок чого інше його кількість при охолодженні газу конденсується з утворенням хімічно забрудненої води, що вимагає ретельного очищення.

Размещено на Allbest.ru

1.5.4 Технологія Вінклера

Дуже ефективний і досить широко поширений в даний час спосіб газифікації дрібнозернистого (розмір частинок менше 10 мм) палива в псевдозрідженому шарі (метод Winkler). У різних країнах світу є 16 промислових установок, на яких експлуатується близько 40 агрегатів цього типу. Метод має суттєві переваги: можливість безперервної подачі палива в газогенератор; інтенсивну теплопередачу і хороше перемішування, що забезпечує ізотермічний режим в реакційній зоні; простоту регулювання температури і високу продуктивність апарату. Найбільш бажаними паливами для газифікації за цим методом є бурі і реакційно здатні кам'яні вугілля, буровугільний кокс або напівкокс.

Газогенератор розглянутого типу (рисунок 1.8) працює при атмосферному тиску і має діаметр 5,5 м, висоту 23 м і продуктивність до 1100 т вугілля на добу (або 3000 м³ газу на 1 м² перетину шахти на годину). Подрібнене і підсушене вугілля з бункера 1 шнеком 4 подають на розподільну решітку 6. За допомогою первинного пароповітрянного дуття, що подається під решітки, паливо переводиться в псевдозріджений стан і газифікується в шахті 2. Вторинне дуття через фурми 3 вводять безпосередньо в псевдозріджений шар, щоб підвищити ступінь використання вуглецю палива та газифікувати смолисті речовини, що виділяються в нижніх шарах реакційної зони. Твердий залишок - зола - видаляється в сухому вигляді, тому температуру в апараті підтримують не вище 1100 °С (нижче температури плавлення золи). Частина золи (~ 70 %) відводиться з апарату газовим потоком і потім виділяється в виносному мультициклоні, а кількість, що залишилась, через отвори розподільної решітки 6 зсипається в нижню частину газогенератора, звідки шнеком 7 транспортується в бункер 9. Для прискорення евакуації частинок золи з поверхні решітки служить водоохолоджуваний обертовий скребок 5, що працює від приводу 8 [3].

Технологічна схема розглянутого методу показана на рисунку 1.9.

У способі Вінклера є такі недоліки: великий унос з газом непрореагованого палива, яке важко повернути на газифікацію, так як воно виділяється в виносному мультициклоні разом з великою кількістю золи; знижені температури в зоні реакції, лімітуються висновком золи в сухому вигляді; неможливість переробки спікливих кам'яних вугіль через злипання їх часток порушується режим роботи газогенератора.

1 - бункера; 2 - шахта; 3 - фурми вторинного дуття; 4,7-шнеки; 5 - скребок; 6 - розподільна решітка; 8 - привід.

Рисунок 1.8 Газогенератор Вінклера

1 - бункер; 2 - газогенератор; 3 - котел-утилізатор; 4 - водопідігрівач; 5 - мультициклон; 6 - конденсатор-холодильник; 7 - газодувка; 8 - каплевловлювач; 9 - відстійник; 10 - ємність для пилу.

Рисунок 1.9 Схема газифікації вугілля в псевдозрідженому шарі по методу Вінклера

1.5.5 Технологія Копперс - Тотцека

Одним з найбільш ефективних сучасних способів газифікації пилоподібного палива (діаметр частинок менше 0,1 мм) є метод Koppers - Totzek. Схема газогенератора цього типу наведена на рисунок 1.10.

З бункерів 1 підсушене пиловидне паливо шнеками 2 подають через спеціальні форсунки 3 в горизонтальну реакційну камеру 4. У ній знаходяться дві (а в останніх конструкціях газогенераторів Koppers - Totzek - чотири) форсунки, розташовані одна проти одної. У форсунках паливо змішується з киснем і водяною парою, причому подача останнього організована таким чином, що він вкриває зовні пиловугільного (точніше, вугільно-кисневий) факел, тим самим оберігаючи футеровку реакційної камери від шлакування, ерозії і дії високих температур. Особливість розглянутого процесу полягає в тому, що зола в рідкому вигляді виводиться з нижньої частини реакційної камери, охолоджується і віддаляється у вигляді гранульованого шлаку.

1 - бункери; 2 - шнеки; 3 - горілочні головки; 4 - реакційна камера; 5 - камера охолодження і гранулювання шлаку; 6 - газозлив

Рисунок 1.10 Газогенератор Koppers-Totzek

На рисунку 1.11 представлена схема газифікації вугілля за методом Koppers - Totzek.

1 - бункер для вихідного вугілля; 2 - млин; 3 - циклони; 4 - бункер для вугільного пилу; 5 - топка; 6, 17 - електрофільтри; 7 - бункери; 8 - котел утилізатор; 9 - газогенератор, 10 - пристрій для вивантаження золи; 11 - водяний скрубер; 12, 15 - газодувки; 13 - холодильник; 14 - відсікач; 16 - газгольдер сирого газу; 18 - відстійник; 19 - градирня

Рисунок 1.11 Схема газифікації вугілля по методу Koppers-Totzek

Газоподібні продукти відводять через верхню частину реакційної камери на охолодження і очищення від пилу. Температура газифікації становить (залежно від температури плавлення золи) 1500-1700 °С. Завдяки цьому досягається висока ступінь перетворення вуглецю, причому всі органічні речовини вугілля перетворюються тільки в газоподібні продукти при їх охолодженні не виділяється смола. Це істотно спрощує очищення сирого газу. Іншою перевагою розглянутого методу є можливість переробки практично будь-яких палив незалежно від їх спікливості. Недоліки процесу: необхідність у спеціальному обладнанні (для тонкого розмелювання палива) і більш висока витрата кисню в порівнянні з іншими промисловими методами газифікації.

Газогенератор Koppers - Totzek з двома форсунками має діаметр 3-3,5 м, довжину ~ 7,5 м і об'єм близько 28 м³. У чотирьохфорсунковій моделі обсяг приблизно вдвічі більше. Головна проблема при експлуатації цих газогенераторів полягає в необхідності забезпечити безперебійну подачу палива, так як за малого часу його перебування в реакційній зоні незначні перерви в живленні вугіллям можуть призвести до появи вільного кисню в газогенераторі і в апаратурі, розташованої після нього. Це, в свою чергу, може призводити до утворення вибухонебезпечних концентрацій газоподібних продуктів,які там знаходяться.

1.5.6 Метод Тексако

Сутність газифікації вугілля за методом Тексако полягає в наступному: у верхню частину циліндричного газогенератора під тиском 20-40 бар подають кисень і водовугільну суспензію. Процес газифікації вугілля завершується в потоці впродовж декількох секунд при температурах 1350-1500 °С. Далі продукти газифікації надходять в камеру охолодження, в якій рідкий шлак висаджується у водяну ванну, а гази відводяться в систему охолодження і очищення. Кисень виходить з повітря в розділяючих установках, а азот,що виділяється, подається в камеру згоряння газотурбінної установки.

1.5.7 Зрідження

Принципова відмінність в хімічному складі вугілля і нафти полягає в різному співвідношенні водень / вуглець (становить близько 0,7 для вугілля і порядку 1,2 для нафти). Приєднанням до вугілля додаткової кількості водню можна отримати «синтетичну нафту». Це досягається використанням молекулярного водню або органічних сполук, здатних виступати в якості донорів водню. Кращі результати в зрідженні вугілля отримують в присутності каталізаторів, які активізують молекулярний водень, і органічних розчинників, здатних легко віддавати атоми водню.

У різних країнах зараз працює більше 80 установок зрідження вугілля. Однак в промисловому масштабі технології прямого зрідження вугілля в теперішній час не використовуються внаслідок ряду причин. Основні недоліки сучасних технологій каталітичного зрідження вугілля обумовлені невисокою продуктивністю процесу, застосуванням високих тисків водню, необхідністю виділення каталізатора для повторного використання в процесі. Частина цих проблем може бути вирішена шляхом підбору дешевих каталізаторів на основі рудних матеріалів. Їх використання дозволяє відмовитися від трудомісткої і технічно важко здійсненної операції по витягуванню каталізатора з твердого шламового залишку процесу зрідження вугілля. Іншим шляхом здешевлення процесу зрідження є заміна молекулярного водню на синтез - газ (суміш СО і Н2). Це дозволяє виключити ряд технологічних стадій, пов'язаних з отриманням водню, таких як очищення синтез - газу, конверсія СО, виділення Н₂ з газової суміші [1].

1.5.8 Підземна газифікація вугілля

Технологія підземної газифікації вугілля (ПГВ) - нетрадиційний спосіб розробки вугільних родовищ, що відкриває нові можливості у відпрацюванні вугільних пластів зі складними гірничо-геологічними умовами залягання, що суміщає видобуток, збагачення і переробку вугілля. Сутність технології підземної газифікації вугілля полягає у бурінні з поверхні землі свердловин до вугільного пласта, зі збійкою (з'єднанням) їх в пласті одним з відомих способів, в подальшому розпалюванні вугільного пласта та забезпеченні умов для перетворення вугілля безпосередньо в надрах у горючий газ і у видачі виробленого газу по свердловинах на земну поверхню. Таким чином, всі технологічні операції з газифікації вугільного пласта здійснюються з земної поверхні, без застосування підземної праці працюючих, а розробка вугільного пласта відбувається екологічно прийнятним способом.

Сьогодні практично у всіх великих вугледобувних країнах світу різко зріс інтерес до підземної газифікації вугілля. Інтенсивні роботи дослідницького і практичного характеру проводяться в Китаї, де в останні роки побудовано 10 промислових станцій підземної газифікації вугілля, в Австралії, де в 2003 р. побудовано велике підприємство даного профілю. Проявляється активний інтерес до цієї технології в таких країнах, як Індія, КНДР, Південна Корея і багатьох інших.

Потрібно відзначити, що в США і Західній Європі в 1980-і рр.. проводилися масштабні дослідно-промислові дослідження з аналізу ефективності радянської технології підземної газифікації вугілля. Результатом цих досліджень став висновок про те, що дана технологія є працездатною і вельми ефективною і буде затребувана в період скорочення світових запасів природного газу і нафти (і супутнього даному процесу збільшення ринкових цін останніх). Сьогодні можна стверджувати, що такий час вже настав, тому розвиток підземної газифікації вугілля розглядається у світі як можливість отримання дефіцитного і недорогого газоподібного палива.

Для енергетики тих регіонів, в яких є запаси вугілля (кам'яного або бурого), відкриваються нові можливості, а саме: будівництво енергетичних підприємств, що працюють на «власній» енергетичній сировині - газі підземної газифікації вугілля [5].

На рисунку1.12 представлена принципова схема підземної газифікації.

1 - підземний газогенератор; 2 - стиснуте повітря; 3 - низькокалорійний газ; 4 - установка очищення газу; 5 - повітря; 6 - компресор; 7 - камера згоряння; 8 - пароперегрівач; 9 - димові гази с температурою 800-850 °С; 10 - газова турбіна; 11 - витяжна труба; 12 - економайзер; 13 - генератор змінного струму; 14 - електромережа; 15 - парова турбіна; 16 - конденсатор; 17 - насос; 18 - пара з температурою 250 °С; 19 - вода.

Рисунок 1.12 Принципова схема автономного горно-енергетичного комплексу на базі підземної газифікації вугілля

2. Фізико-хімічні основи процесу

2.1 Загальна характеристика процесу

Каталітична деструктивна гідрогенізація вугілля і інших твердих палив є способом практично повної переробки їх органічної речовини в суміш газоподібних, рідких і твердих органічних сполук, які мають цінність як вихідна сировина для органічного синтезу і для отримання рідкого палива.

До останнього часу роботи з гідрогенізації вугілля проводились в напрямку отримання з них моторного палива і мастильних олив.

Бурхливий розвиток всіх галузей промисловості органічного синтезу в останні роки створило попит на ароматичні продукти, що перевищує виробництво їх коксохімічної промисловістю. Хімікати можуть бути отримані в значних кількостях також шляхом процесу гідрогенізації вугілля і смол. У порівнянні з коксуванням при низкьотемпературній гідрогенізації вугілля вихід толуолу і ксилолу збільшується в 15 разів, нафталіну в 6 - 8 разів, фенолів в 60-80 разів. Процес гідрогенізації вугілля дозволяє значно збільшити виробництво аніліну і одночасно відкриває можливість одержання багатьох нових ароматичних сполук, в тому числі аценафтена, дібензофурана, хінальдина, метил - нафталинів та ін.

Процес гідрогенізації вугілля при зміні умов може бути використаний для виробництва аліфатичних хімічних продуктів, а також штучного рідкого палива.

По суті гідрогенізація є процесом гідрування і крекінгу під високим тиском водню в присутності каталізаторів. В результаті цього процесу високомолекулярні горючі перетворюються на суміш насичених воднем низькомолекулярних сполук [13].

Процес гідрогенізації протікає при температурі 380-550 °С і тиску водню 200-700 атм. Залежно від застосовуваних каталізаторів і глибини перетворення процес може бути спрямований у бік хімікатів і моторного палива, або цілком для отримання хімічних продуктів.

Розрізняють рідкофазну і парофазну гідрогенізацію залежно від того, в рідкому або пароподібному вигляді подається речовина в процес. При рідкофазній гідрогенізації суміш вихідної сировини, каталізатора і водню пропускається через реакційну камеру в умовах підвищеного тиску і високої температури. У процесі парофазної гідрогенізації пари гідруючої речовини разом з воднем пропускають в реакційній камері через шар нерухомого каталізатору також при високому тиску і температурі. Виходячи з природи палива, яке переробляється, та якості кінцевого продукту, підбирають відповідні тиск, температуру, каталізатор і концентрацію реагуючих речовин.

2.2 Хімізм процесу гідрогенізації

У першій стадії гідрогенізації вугілля проходить процес його термічного розчинення. Процесу гідрогенізації піддається не тверда речовина вугілля, а його розчин, який за властивостями наближається до крекінг - залишкам нафти і високо киплячим молярним залишкам. Гідрогенізація вугільного розчину призводить до отримання продуктів, багатших воднем [12,10].

Таким чином, першим етапом процесу гідрогенізації є гідрування, тобто приєднання водню до молекул вихідної сировини.

При гідруванні значну роль відіграє кисень, який є ключовим атомом в макромолекулі вугільної речовини. Видалення кисню, особливо якщо він займає положення містка, розмикає молекулу і зменшує її розміри. Проте в ній залишається ще багато вразливих позицій і після розриву по кисневому містку, що пояснює подальший перехід вугілля в олії середніх інтервалів кипіння.Размещено на Allbest.ru

При руйнуванні воднем зв'язків між площинами в макромолекулі вугілля утворюються своєрідні «пласкі» молекули поліконденсованих ароматичних вуглеводнів. Після цього настає ступеневе гідрування ароматичних кілець. Оскільки ароматичний зв'язок міцніше, ніж аліфатичний, гідровані кільця в умовах деструктурної гідрогенезаціі повинні піддаватися крекінгу.

Крім гідрування, в процесі деструктивної гідрогенезації протікають реакції крекінгу вуглецевого скелета молекул вугільної речовини з приєднанням водню до зв'язку, який розірвали, а також реакції відновлення сполук, що містять кисень, сірку і азот. Ці елементи виділяються у вигляді води, аміаку і сірководню.

Одночасно з реакціями крекінгу може відбуватися розщеплення гідрованих високомолекулярних сполук на низькомолекулярні.

Побічними, небажаними реакціями в процесі деструктивної гідрогенізації є реакції крекінгу без приєднання водню, а також реакції конденсації і полімеризації простіших сполук.

В початковій стадії гідрогенізації вугілля поряд з рідкими продуктами утворюються і газоподібні. Це підтверджує, що гідрогенізація починається з процесів термічного розкладання вугільної речовини. При гідрогенізації швидкість розщеплення макромолекул вугілля та їх гідрування перевищує швидкість конденсації, в результаті чого утворюється велика кількість рідких і мало твердих продуктів. При термічному розкладанні вугілля у відсутності розчинників і надлишкового водню протікають явно виражені реакції поліконденсації.

Вміст водню в органічній масі вугілля становить в середньому 4-5 % і вуглецю 80-85 %, тобто вагове відношення С: Н дорівнює 15-16. У бензині, одержуваному при гідрогенізації вугілля, міститься приблизно 14-16 % водню і 81-84 % вуглецю, отже, відношення С: Н становить 6 -7.

Ці дані підтверджують, що в процесі гідрогенізації складні молекули вугільної речовини деполімерізуються, а продукти розпаду, виділивши сірку, азот і кисень і збагатившись воднем, утворюють суміш легких вуглеводнів.

Продукти гідрогенізації являють собою насичені воднем осколки молекул вугільної речовини. Тому, якщо гідрогенізації піддається сапропелітове вугілля, що має в основному аліфатичний характер, то одержувані продукти складаються головним чином з аліфатичних сполук. При гідрогенізації гумусового вугілля, що складаються переважно з циклічних сполук, виходять продукти, що містять значну кількість ароматичних і гідроароматичних вуглеводнів.

Якщо гідрогенізацію вугілля проводити при м'яких режимах і до певної глибини, то одержувані продукти будуть складатися переважно з низькомолекулярних ароматичних вуглеводнів: бензолу, толуолу, ксилолу, нафталіну, а також кисневмісних сполук: фенолів, креозол, ксиленолів та ін.

Найбільш цінною сировиною для отримання при гідрогенізації високого виходу рідких продуктів є вітрен і спорові речовини вугілля малого і середнього ступеня метаморфізму. Фюзен дає дуже малий вихід олив при гідрогенізації.

Більшу частину органічної речовини вугілля можна перевести в розчин, підібравши відповідний розчинник, близький за своїми хімічними властивостями до вугільної речовини, при цьому бурі вугілля розчиняються значно легше і повніше, ніж кам'яні вугілля. Для різних горючих копалин оптимальна температура розчинення становить 400 °С.

При розчиненні вугілля в бензолі під тиском водню 200 атм. значно зростає вихід розчинних речовин. Найкращою температурою розчинення є та максимальна температура, при якій залишкове вугілля не розкладається. З підвищенням температури розчинність зростає, досягаючи максимуму близько 350-400 ° С, після чого розчинність знижується.

Процеси, що протікають при розчиненні під тиском, слід розглядати як процеси необоротної деполімеризації вугільної речовини.

При використанні в якості розчинника отриманого при гідрогенізації важкої оливи процес гідрогенізації протікає досить ефективно, майже з повним перетворенням органічної маси вугілля. Для процесу гідрогенізації вугілля доцільно застосовувати залишок гідрогенізації, киплячій при температурі вище 300-320 °С.

Сапропелітове вугілля плавляться при 380°С, одночасно деполімерізуючись і в присутності розчинника поступово розчиняються. При 380-400 °С починаються реакції гідрогенізації, що протікають найбільш ефективно при температурах 430-450 °С.

Гумусове вугілля при підвищенні температури, деполімерізуючись, поступово переходять в розчин. Нерозчинна частина диспергується в розчині і в міру гідрування розчиняється при температурах 380-400 °.С Цей процес протікає в присутності каталізаторів при тиску водню від 200 до 700 атм. з утворенням легких, середніх і важких олив.

Подальше підвищення температури гідрогенізації вугілля тягне за собою посилення реакцій розщеплення, що призводить до утворення газу та продуктів полімеризації. У результаті з'являється необхідність вести процес гідрогенізації вугілля з отриманням рідкого палива в дві або декілька стадії. На першій стадії в рідкій фазі протікає процес розчинення вугілля і гідрогенізація розчину. Основні продукти цієї стадії гідрогенізації: широка фракція оливи, газ, твердий залишок і пірогенетична вода.

Розчин вугілля не може бути підданий гідрогенізації в паровій фазі, через високу температуру кипіння окремих речовин та наявності в розчині асфальтенів. Таким чином, призначення рідкої фази гідрогенізації зводиться до перетворення розчину вугілля в облагороджений продукт, який потім в паровій фазі переробляється в легке моторне паливо.

З гідрогенізату рідкої фази можна витягати значну кількість фенолів, після чого її направляють на гідрогенізацію в паровій фазі.

На другій стадії процесу гідрогенізації в паровій фазі відбувається перетворення середньої оливи в бензин. Цей процес також протікає над спеціальними каталізаторами при температурі 380-520 °С і тиск водню 200-700 атм. Кінцевими продуктами гідрогенізації в паровій фазі є бензин, вода і газ.

Бензин, отриманий при парофазній гідрогенізації, містить велику кількість циклічних вуглеводнів і є хорошою сировиною для подальшої хімічної переробки.

При промисловому здійсненні процесу гідрогенізації було встановлено, що широка фракція, що утворюється в рідкій фазі, містить ще значну кількість невизначених сполук - кисень - і азотовмісних речовин. Наявність цих з'єднань істотно знижує термін роботи парофазного каталізатора.

Рядом дослідів була встановлена доцільність введення в процес гідрогенізації ще однієї проміжної стадії - фази попереднього гідрування широкої фракції перед її розщепленням. Цей процес проводиться при низькій температурі над сірчистим каталізатором.

Таким чином, в промислових умовах процес гідрогенізації зазвичай здійснюється в три стадії, а саме: рідка фаза, попереднє гідрування і бензинування.

Одночасне отримання хімічних продуктів і моторних палив з вугілля шляхом гідрогенізації його роблять процес економічно вигідним.

2.3 Вплив різних факторів на процес

Процес гідрогенізації високомолекулярних речовин залежить від тиску, температури, тривалості нагріву, швидкості нагріву і від природи каталізатора [8].

Рідкофазна гідрогенізація проходить в інтервалі температур від 380 до 490^оС. Оптимальна температура процесу визначається властивостями перероблюваного вугілля і каталізатора, а також вимогами, що пред'являються до продуктів гідрогенізації.

При збільшенні часу перебування сировини в реакторі процес гідрогенізації буде йти в бік утворення більш легких фракцій. Змінюючи об'ємну швидкість процесу, можна здійснити переробку вугілля із замкнутого балансу за важкою оливою з надлишком або з малими виходом важкої оливи.

При підвищенні тиску з 200 до 700 атм. швидкість процесу збільшується і температура його може бути доведена до 490 °С. Одночасно з цим при підвищенні тиску може буті розширено асортимент вугілля, використовуваних для гідрогенізації.

Збільшення тиску в процесі гідрогенізації є достатньо ефективно.

Оскільки при гідрогенізації вугілля основним завданням є перетворення вугільної речовини в рідкі продукти, необхідно підібрати оптимальну температуру, при якій вихід рідких продуктів був би найбільший. Істотне значення має також швидкість підігріву до оптимальної температури реакції, при якій відбувається повне перетворення вугілля в рідкі продукти. У міру підвищення температури вище 420 °С вже йдуть реакції розщеплення з утворенням різних продуктів.

Досліди з бурим вугіллям показали, що так само як і для кам'яного вугілля, з підвищенням температури процесу вихід рідких продуктів підвищується; при 360 - 370 °С розчиняється основна частина вугільної речовини, розчинення досягає максимуму при 400 °С і одночасно з цим зростає швидкість реакції гідрування. Це відразу позначається на зниженні питомої ваги рідких продуктів і на зниженні вмісту асфальтенів.

При здійсненні процесу гідрогенізації в безперервно діючій апаратурі при відносно високому парціальному тиску водню температура процесу може бути підвищена до 460-480 °С.

Для гідрогенізації вугілля важлива швидкість підігріву в інтервалі температур 300-400 °С, величина якої визначається в першу чергу хімічним і петрографічним складом вихідного вугілля.

Мінеральна частина вугілля може також впливати на процес гідрогенізації, оскільки вона може мати каталітичними властивостями або дезактивувати каталізатор. Найбільш активним каталізатором для гідрогенізації різних вугілля є сірчистий молібден МоSз як у чистому вигляді, так і з деякими активаторами.

Для гідрогенізації при тиску 250-700 атм. можуть бути використані майже всі бурі і кам'яні вугілля, що не містять фюзена, для яких відношення 100Н / С - вище 7. Зольність вугілля не повинна бути вище 4-6 %.

Бурі вугілля значно легше приєднують водень, ніж кам'яні, тому для їх гідрогенізації потрібен менший тиск.

Для гідрогенізації придатні низько зольні (5 - 6 %) бурі вугілля, яке не потребують збагачення. Кам'яні вугілля в разі необхідності піддаються збагаченню. У процесі збагачення з кам'яних вугіль крім мінеральних домішок видаляється і частина важкогідрованого фюзена. Підвищена зольність вугілля призводить до ерозії комунікацій і апаратів і завантаженні їх інертною масою, через що знижується економічність процесу. Крім того, підвищена зольність збільшує втрату оливи.

3. Вибір, обґрунтування і опис схеми

1 - дроблення вугілля, 2 - бункера для зберігання и розділення вугілля по частинкам, 3 - приготування пасти, 4 - пастовий насос, 5 - підігрівач, 6 - реактор, 7 - гарячий сепаратор, 8 - холодний сепаратор, 9 - відокремлення твердих частинок, 10 - перегінна колона, 11 - водневий компресор, 12 - захисний кожух.

Рисунок 3.1 Схема установки гідрогенізації вугілля

Основні технологічні стадії процесу гідрогенізації вугілля: подрібнення вугілля, приготування з нього пасти, взаємодія цієї пасти з воднем при високих тиску і температурі, відокремлення гідрогенізату [10].

Вугілля зазвичай подрібнюють до розміру часток 1 мм, щоб забезпечити гарне розчинення його в затирочній оливі. Подрібнене вугілля сушать при температурі близько 125 °С безперервним потоком гарячих газів, після чого він надходить на установку виготовлення пасти. Вугільна паста, що представляє суміш 25-40 % вугілля з затирочною оливою, подається на гідрогенізацію за допомогою насосів під тиском 420 атм. Температура пасти становить 150-250 °С. Практично вугілля розчиняється в затирочній оливі до надходження його в реактор. Для збільшення розчинності вугілля підібраний відповідний склад рециркулюючої рідкої фракції.

Каталізатор додається до пасти безпосередньо перед надходженням її в насос. Кількість вживаного каталізатора змінюється в межах 0,1 -0,5 %. Потім вугільна паста подається насосом в підігрівач, куди також надходить свіжий і циркулюючий водень, і далі паста подається в реактор. Реактор являє собою товстостінний сталевий резервуар зі спеціальної хромовомолібденованадієвої сталі, забезпечений жаротривкою футерівкою. Рідкий і газовий потоки надходять в реактор знизу і відводяться зверху.

У реакторі до вугільної частини додається водень в надлишку до 300 -400 % - настільки великий надлишок водню дозволяє усунути коксоутворення в реакторі, а також прискорити протікання реакції гідрогенізації.

...