Твердые горючие ископаемые как источник сырья для нефтехимического синтеза

Получается, что если прибавить к углю немного атомов водорода, то можно получить "синтетическую нефть". Это достигается использованием молекулярного водорода или органических соединений, способных выступать в качестве доноров водорода. Для совершенствования процессов гидрогенизации применяют катализаторы, активирующих молекулярный водород, и органические растворители, которые могут с легкостью быть донорами атомов водорода (тетралин, крезол и другие).
На рисунке 4 представлена схема каталитического ожижения угля.

Рисунок 4 - Механизм каталитического ожижения угля

Первая стадия гидрогенизации – это превращение угля в так называемые асфальтены, представляющие собой высокомолекулярные соединения ароматической природы и содержащие большое количество гетероатомов. При этом обазуются свободнорадикальные фрагменты, которые потом превращаются в стабильные вещества, путем присоединения атомов водорода, либо полимеризуются. Скорость происходящих превращений зависит от природы применяемых катализаторов. Катализаторы, имеющие гидрирующую активность, будут ускорять реакции образования легких углеводородов. Кислотного типа катализаторы будут способствовать реакциям полимеризации и поликонденсации, которые нежелательны и приводят к образованию высокомолекулярных продуктов.
На сегодняшний день, в разных странах используются около 80 опытных установок ожижения угля. Но на промышленном уровне технология прямого ожижения не используется вследствие следующих недостатков: низкая производительность процесса, высокое давление водорода, необходимостью выделения катализатора для повторного использования в процессе. Некоторые проблемы решаются подбором недорогих катализаторов на основе рудных материалов. Еще один способ снизить стоимость процесса ожижения - это заменить молекулярный водород на синтез-газ (смесь СО и Н2). Это позволит исключить ряд технологических стадий, связанных с получением водорода, таких как очистка синтез-газа, конверсия СО, выделение Н2 из газовой смеси.
3. Синтез-газ как сырье для нефтехимического синтеза
Наиболее перспективными для осуществления процессов нефтехимического синтеза являютя технологии, связанные с процессами газификации твердых горючий ископаемых до синтез-газа с последующей его переработкой в различные продукты органического синтеза. Сегодня на промышленном уровне на основе синтез-газа производят следующие продукты: метан, метанол и жидкие алифатические углеводороды. Технология синтеза из синтез-газа жидких топлив опробованав промышленности в двух вариантах - это процесс Фишера-Тропша и процесс Мобил. Процесс Фишера-Тропша мало выгоден экономически вследствие невысокой производительности катализаторов (0,3 - 0,7 т/м3 в сутки) и малых октановых чисел получаемой бензиновой фракции (50 - 72). Технология Мобил, где в качестве катализаторов используют высококремнеземестые цеолиты, превращает метанол в высокооктановый бензин. Эту технологию отличает более высокая производительность, селективность и достаточно высокое качество получаемого бензина (октановое число 91 - 98).
В общем, из синтез-газа воможно получать почти все органические вещества, производимые на сегодняшний день нефтехимическим синтезом. На рисунке 5 показаны возможные химические продукты, получаемые при каталитической переработке синтез-газа. Сегодня эти процессы уже , но эффективность ряда из этих процессов еще далека от желаемой.

Рисунок 5 - Получение химических продуктов при каталитической переработке синтез-газа.
Заключение
Хотя на сегодняшний день основной источник органического сырья для химического синтеза – это нефть, но скорая исчерпаемость её мировых запасов и высокая стоимость нефтедобычи, вследствие разработки труднодоступных месторождений, ставить задачи по разработке новых альтернативных видов органического сырья и процессов его эффективной переработки.
Твердые горючие ископаемые, мировые запасы которых значительно выше, чем нефти и газа, являются в будущем одними из основных источников сырья для получения продуктов органического и нефтехимического синтеза.
Для преодоления многих недостатков, присущих существующим способам переработки ТГИ необходима разработка и применение новых эффективных катализаторов и новых каталитических процессов.
Именно применение новых катализаторов позволит увеличить эффективность технологий пиролиза, газификации, гидрогенизации ТГИ.
Использованная литература
Кузнецов Б.Н. Новые подходы к химической переработке ископаемых углей // Соросовский образовательный журнал. – 1996. - №6. – С. 50-57
Щепалов А.А. Тяжелые нефти, газовые гидраты и другие перспективные источники углеводородного сырья: Учебно-методическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. – 93 с.
Капкин В.Д., Савинецкая Г.А., Чапурин В.И. Технология органического синтеза: Учебник для техникумов. – М.: Химия, 1987. – 400 с.
Химическая технология твердых горючих ископаемых /Под ред. Г. Н. Макарова, Г. Д. Харлампович. – М.: Химия, 1986. – 493с.
Справочник по химии и технологии твердых горючих ископаемых / Под ред. А.Н. Чистякова. – СПб.: Издательская компания «Синтез», 1996. – 363 с.












9



Исходный органический материал

Торф

Бурый уголь

Каменный уголь

Антрацит

Графит

1

2

3

4

5

6

ТГИ (уголь)

Пиролиз

Газификация

Ожижение

Полукокс

Кокс

Сорбенты

Смола

Топливный газ

Заменитель природного газа

Топливный газ

Синтез-газ
СО + Н2

Фенолы

Легкие углеводороды

Жидкое котельное топливо

Моторные топлива