Паливо Методи переробки палива

Посібник

Паливо. Методи переробки палива

1. Паливо, його значення і класифікація

Паливом називають існуючі в природі чи штучно отримані речовини, що є джерелом теплової енергії та сировиною для хімічної промисловості.

Роль палива в народному господарстві країни велика і весь час зростає, так як бурхливий розвиток промисловості органічного синтезу - виробництво пластичних мас, хімічних волокон, синтетичних каучуків, барвників, розчинників і т. д. - вимагає величезним кількостей вуглецевої сировини, яке виходить в результаті хімічної переробки різних палив.

Всі палива можна розділити по агрегатному стані на тверді, рідкі та газоподібні, а за походженням - на природні в штучні.

Природничі палива:

тверді - вугілля, деревина, сланці, торф

рідкі - нафта;

газоподібні - природні та попутні гази.

Штучні палива отримують головним чином при переробці природних палив. Тверді штучні палива - кокс, напівкокс, деревне вугілля; рідкі - бензин, гас, нафта та ін; газоподібні - генераторні гази, коксовий газ, гази переробки нафти та ін

Нафта в основному складається з вуглецю (80-85%) і. водню (10-14%), що входять до складу складної суміші вуглеців. Крім вуглецевої в нафті є невелика вуглеводневого частину я мінеральні домішки. Склад природних і попутних газів дуже різноманітний.

Різноманітність твердих палив представлено в таблиці 1.

У таблиці представлено склад органічної, або горючій, маси палива - тієї частини палива, яка при горінні дає тепло. .

Газоподібне паливо володіє рядом переваг в порівнянні з твердим і рідким паливом, які обумовлені його властивостями. При згорянні газу можна довести до мінімуму втрату теплоти з йдуть в димову трубу продуктами горіння; при згорянні газу не утворюється золи, шлаку, диму. Газ можна транспортувати найдешевшим видом транспорту - трубопроводом. З цих причин газоподібне паливо знаходить все більш широке застосування в промисловості, а також в якості побутового палива і палива для автотранспорту.

Таблиця 1

2. Технологічні методи переробки твердого палива

Методи переробки твердого палива засновані на гетерогенних, головним чином некаталітичного процесах в системах «тверде - газ», «тверде - рідина - газ» і багатофазних, здійснюваних при високих температурах.

При нагріванні вугілля та інші види палива зазнають складні зміни, що ведуть до утворення нових твердих, рідких і газоподібних продуктів.

Основними методами, переробки твердого палива є коксування, напівкоксування, газифікація і деструктивна гідрогенізація.

Коксування - метод переробки кам'яного вугілля нагріванням без доступу повітря до 900-1060 ⁰ С в коксових печах. Коксохімічне виробництво включає три технологічні стадії: підготовку сировини, коксування і переробку коксового газу.

Сировиною для коксування служить суміш кам'яного вугілля, здатних при нагріванні спікатися (тобто, розм'якшуватися і злипатися в загальну масу). До таких вугіллю відносяться коксівного вугілля різних марок: коксівне, паровічно-спікаються, паровічно-жирні та ін Але запаси коксових вугілля обмежені, тому поряд з ними застосовують інші марки кам'яного вугілля - неспекающіеся: жирні, газові, довго полум'яні.

Вступники на переробку вугілля піддаються підготовці: дроблення, сортування, збагачення, зневоднення. Ця робота з поліпшення якості вугілля вимагає додаткових витрат, але вона економічно доцільна.

Процес коксування протікає в коксових печах, що представляють собою щілиновидні камери 2 шириною 0,4 м, висотою 4 м і довжиною 14-15 м, складені з вогнетривкого матеріалу. У зведенні такої камери є отвори - люки для завантаження вугілля. Кілька десятків вечей (до 75), розташованих паралельно один одному і пов'язаних цегляною кладкою, утворюють коксову батарею. У простінках між печами розташовуються опалювальні канали 1. У них спалюється будь-яке газоподібне паливо. Отримане при цій тепло через стінки печей, передається завантаженому в них вугіллю.

Рис. 28. Камера коксування

Коксування триває 13-14 годин. Після закінчення процесу відкривають передню та задню двері печі і спеціальним штовхачем виштовхують кокс з камери в сталевій напіввагон, в якому його гасять. Після вивантаження кокс сортують. З однієї тонни вугільної шихти отримують 730-780 кг коксу, що містить 85-95% чистого вуглецю, 5-11% золи і невелика кількість інших речовин.

Утворений при коксуванні газ (до 350 м ³ на 1 т вугілля) містить багато цінних речовин. Крім водню, метану, окису і двоокису вуглецю, до його складу входять пари кам'яновугільної смоли, бензолу, аміаку, сірководню та інших сполук. Парогазову суміш, що відходить з коксових камер, уловлюють і відводять V цех конденсації на переробку, витягуючи містяться в газі компоненти.

Напівкоксування - низькотемпературний піроліз низькосортного твердого палива (кам'яне і буре вугілля, сланці) при нагріванні до кінцевої температури 500-550 ⁰ С без доступу повітря.

Продукти напівкоксування - напівкокс, смола і газ.

Напівкокс - слабо спечений крихкий продукт, що містить до 10% летких речовин, що володіє високою реакційною здатністю 8 великий зольністю. Застосовують як місцеве енергетичне паливо я як складову шихти для коксування.

Смола, особливо сланцева, служить джерелом отримання моторних палив, розчинників я найрізноманітніших органічних мономерів, що виділяються прямою перегонкою смоли.

Газифікація. Останнім часом газифікація твердого палива набуває особливого значення як джерело енергія і хімічної сировини.

Газифікації можуть бути піддані будь-які види твердого палива - торф, низькосортне вугілля, сланці, напівкокс, відходи лісорозробок та ін При газифікації, що проводиться в реакторах, званих газогенераторами, органічна маса палива перетворюється в генераторні гази. Твердий залишок газифікації (шлак) представляє собою мінеральну частину палива, тобто золу. У залежності від призначення генераторного газу застосовують різні види дуття і отримують газ заданого складу.

Представляє інтерес відродження ідеї Д. І. Менделєєва про підземну бесшахтних газифікації кам'яного вугілля, Коли газифікація протікає у підземному газогенераторі без вилучення палива на поверхню, тобто без трудомістких гірських робіт.

Метод полягає в тому »що з поверхні землі до вугільного пласту буряться свердловини на відстані 25-30 м один від одного, після чого забої цих свердловин з'єднуються каналом газифікації по вугільному пласту. Одна свердловина призначена для підведення дуття, а інші - для відводу утворюються газів.

Деструктивна гідрогенізація - це метод прямого одержання штучного рідкого палива - замінника нафтопродуктів - з бурих і кам'яного вугілля, сланців та інших видів твердого палива.

Сировиною служать кам'яне і буре вугілля, що містять у своїй масі мінімум сірки, азоту, кисню, але максимум водню. Вугілля готують; дроблять, подрібнюють, збагачують і сушать. Тонко подрібнений вугільний порошок змішують з важким маслом. Отриману масу нагрівають в автоклавах під тиском в присутності водню і каталізатора. У цих умовах вугілля насичується воднем - гідрогенізуется. Одночасно з гидрогенизацией відбувається розщеплення (деструкція) великих молекул, що становлять вугілля, в суміш рідких та газоподібних речовин з меншим молекулярною вагою. У результаті утворюються вуглеводні (С n Н m), аналогічні молекулам речовин, що складають нафту. У залежності від ступеня гідрування можна отримати бензин, гас, дизельне паливо та інші речовини.

3. Переробка нафти

Нафта - основа енергетики і ряду галузей промисловості. Видобуту нафту направляють в трапи і сепаратори. Тут від неї відокремлюють попутний газ (дегазація) і подають його на отбензініванія. Пари бензину і газу виділяють або шляхом стиснення газу я наступного охолодження, при якому бензин переходить у рідкий стан, або, пропускаючи газ через спеціальні поглиначі (солярове масло), з яких бензин потім відганяють. Отбензяненний сухий газ направляють на компресорну станцію для подальшого використання. Після дегазації нафту подають у мірники, де її звільняють від зважених часток (піску, глини та ін), а потім заміряють. Крім піску і глини нафту містить воду і солі. Тому її піддають подальшій обробці, обезводнення і знесолення.

Переробку нафти, в залежності від якості використовуваної сировини і характеру вироблених продуктів, здійснюють різними методами. Всі методи нафтопереробки можна розділити на два види: фізичні і хімічні. До перших належить перегонка, до других - крекінг, піроліз і ін

Перегонка являє собою процес розділення нафти як складної рідини на окремі фракції (частини). В основі такого процесу лежить метод роздільного конденсації парів речовин, що складають нафту. Зазвичай перегонка відбувається у дві стадії. Спочатку з нафти під атмосферним тиском виділяють моторне паливо, отримуючи в залишку мазут, а потім під вакуумом мазут переробляють.

Перегонка нафти проводиться на атмосферних або атмосферно-вакуумних установках, що складаються їх трубчастої печі 1, ректифікаційної колони 2, теплообмінників 3, насосів та інших апаратів.

Трубчаста піч 1 - це пристрій, всередині якого поміщена система сталевих труб, що обігріваються теплом спалюваного пального газу чи мазуту. Ректифікаційна 'колона 2 являє собою вертикальний сталевий циліндр висотою до 40 м розділений всередині горизонтальними перегородками (барботажние тарілками) на відділення.

Пройшовши ряд теплообмінників, нафта потрапляє в змійовики трубчастої печі, де нагрівається до 320 "С. При цьому найбільш легкі вуглеводні нафти закипають, переходячи в газоподібний стан. Суміш рідини і пари потрапляє в нижню частину ректифікаційної колони і тут розділяється. Пари спрямовуються вгору, проходячи . Через отвори в тарілках, а рідка, що не випарувався, частина нафти (мазут) стікає вниз.

Виділені з нафти при перегонці речовини (дистиляти) є напівпродукту. Щоб отримати товарні нафтопродукти, дистиляти очищають і, якщо необхідно, вдруге ректифіков. Наприклад, бензиновий дистилят при разгонке дає різні марки автомобільного та авіаційного бензину, уайт-спіриту (лаковий бензин) і інші продукти.

4. Крекінг та піроліз нафти

В даний час у нафтопереробній промисловості ше більшого значення набувають хімічні процеси. Вони дозволяють різко збільшити вихід цільових продуктів і поліпшити їх якість.

При перегонці нафти вихід бензину становить у середньому 10-25% ваги взятого сировини. Така кількість бензину не може покрити зростаючий попит народного господарства на цей вид палива. Збільшення виробництва бензину (як і інших видів моторного палива) досягається застосуванням крекінгу. Він являє собою хіміко-термічний процес розщеплення молекул важких вуглеводнів, в результаті якого утворюється суміш речовин меншого молекулярного ваги.

Крекінгу піддають різні нафтопродукти, переслідуючи різні цілі, але його головне завдання - одержання бензину, вихід якого при цьому може досягти 70% ваги взятого сировини.

Існує два види крекінгу: термічний і каталітичний.

Термічний крекінг здійснюють при високій температурі і значному тиску. У таких умовах молекули важких вуглеводнів розщеплюються легше.

Установка термічного крекінгу включає трубчасту піч для нагрівання сировини, випарники, ректифікаційної колони, газосепаратори.

Особливою різновидом крекінгу є піроліз. Він проводиться при температурі 700-720 С і атмосферному тиску. Вихідним матеріалом для цього процесу служать легкі фракції: нефтелігроін і гас. Мета піролізу - отримання газу і ароматичних вуглеводнів.

Каталітичний крекінг - більш досконалий процес крекінгованія, здійснюваний з застосуванням каталізатора. Наявність останнього прискорює розкладання високомолекулярних вуглеводнів, дозволяє вести процес при більш низькій температурі і тиску близькому до атмосферного. Таким способом зазвичай отримують авіаційний бензин, вихід якого сягає 70% ваги взятого сировини. Вихідним матеріалом для каталітичного крекінгу служить переважно гасовий і соляровим дистилят.

Продукти переробки нафти. При переробці нафти отримують велику кількість різноманітних продуктів. Їх можна розділити на три великі групи: горючі, мастильні та інші. До першої групи відноситься моторне, реактивне і котельне паливо, до другої - змащувальні масла і різноманітні консистентні мастила, а до третьої - бітуми, нафтові кислоти та їх похідні, ароматичні вуглеводні, парафіни, вазелін, церезин і ін

5. Газоподібне паливо і його переробка

Газоподібне паливо має значні переваги в порівнянні з твердим паливом.

Газоподібне паливо знаходить широке застосування в промисловості »в побуті, в автотранспорті, хімічної промисловості.

До газового палива відносять природні, нафтові (попутні) гази, а також промислові, одержувані при переробці палива. Промисловими є крекінг-газ, коксовий, напівкоксового, генераторний. При хімічній переробці газ попередньо поділяють на складові компоненти або вузькі фракції. Склад прі - рідних і попутних газів дуже різноманітний. Вони. містять метан, етан, пропан, бутан і невелика кількість азоту. У газах нафтопереробки міститься етилен, пропилен, бутилен. У генераторних газах знаходиться окис вуглецю і водню. Речовини, що містяться в цих газах, є сировиною для одержання добрив, пластичних мас, хімічних волокон, синтетичних каучуків, розчинників, миючих засобів і т. д. Щоб отримати ці продукти, гази необхідно переробити.

Методи переробки можна розділити на три групи.

Пряме використання речовин, що входять до складу газу; приєднанням 1 $ них кисню (окислення), хлору (хлорування), води (гідрування), приєднанням до молекул груп СН, С n Н m, (алкірованіе), зміною структури молекул (ізомеризація), з'єднанням багатьох простих молекул у складні (полімеризація).

Крекінг вуглеводнів, що входять до складу газів для отримання неграничних вуглеводнів.

Конверсія - взаємодія з водяними парами для отримання окису вуглецю і водню.

У результаті цих процесів з газів можна отримувати найрізноманітніші продукти. Слід зазначити великий економічний ефект використання газів.

Зараз більше половини споживаного газу витрачається промисловістю »з його застосуванням виробляються всі основні промислові продукти - чавун, сталь, прокат, кольорові метали, штампування для машинобудування, мінеральні добрива. Найбільш ефективним є застосування газу як хімічна сировина.