Перейти к содержимому

ИСКУССТВЕННОЕ ЖИДКОЕ ТОПЛИВО
Часть I
ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ ТОПЛИВ
И. Б. РАПОПОРТ 1949 год

    АННОТАЦИЯ
    В книге изложены основы химии н технологии процесса деструктивной гидрогенизации твердых и жидких топлив, влияние температуры, давления, катализаторов и раствори­телей на процесс деструктивной гидрогенизации, а также переработки продуктов гидрогенизации на высококачествен­ные бензины. Книга является учебным пособием для студентов вузов нефтяной и химической промышленности и может быть использована в качестве руководства для инженеров по пе­реработке топлив.

    ПРЕДИСЛОВИЕ
    В последние 15—20 лет процесс получения искусственного жидкого топлива из твердых горючих ископаемых перешел из области лабораторных исследований в промышленность. Много­численные работы, проделанные в этой области, привели к промыш­ленному осуществлению деструктивной гидрогенизации и синтеза. Процесс деструктивной гидрогенизации позволяет превращать твердые и жидкие горючие ископаемые, мазуты, смолы и различ­ные смоляные продукты в высококачественное моторное топливо
    с одновременным получением ряда ценных продуктов, являю­щихся основой для синтеза важнейших органических соединений. Синтез на базе окиси углерода и водорода, получаемых при газификации угля и при конверсии природного газа, уже сейчас
    позволяет получать искусственную парафинистую нефть. В даль­нейшем с помощью синтеза можно будет получать нефть любого основания и различные ценнейшие продукты, которые до сего вре­мени изготовляются более сложным путем. В создании и развитии химии искусственного жидкого топлива почетное место занимают русские химики. Имена Н. Д. Зелин­ского, С. С. Наметкина, Б. А. Казанского, А. Д. Петрова, Н. Μ. Караваева, А. Ф. Добрянского, Μ. С. Немцова, А. В. Фроста и многих других русских ученых связаны с многочисленными открытиями, лежащими в основе процессов получения высокока­чественного искусственного жидкого топлива. Но наряду с многочисленными работами, посвященными отдель­ным процессам получения искусственного жидкого топлива, опубликовано очень мало обобщающих материалов, освещающих химию и технологию этих процессов. Данная книга является пер­вой попыткой обобщить и в систематизированном виде преподне­сти учащимся нефтяных и химических вузов и инженерно-техни­ческому персоналу промышленности искусственного жидкого топ­лива сведения о химии и технологии процесса деструктивной гид­рогенизации топлив. Автор собрал и обработал весь доступный материал, имею­щийся в этой области, но, понятно, в данном пособии не было воз­можности осветить с достаточной полнотой все вопросы этой новой и сложной отрасли техники. Автор будет признателен за те указания о недостатках и ценные замечания, которые, несомненно, поступят от читателей, учтет их и в дальнейшем по мере накоп­ления новых материалов постарается восполнить эти пробелы и с достаточной полнотой изложить те вопросы, которые в данном издании еще не достаточно освещены.
    В подготовке материала и его просмотре автору оказали помощь проф. С. Н. Обрядчиков, проф. Г. Μ. Чиликин, кандидат техн, наук И. Р. Черный, инж. В. Я. Фокин и инж. А. И. Агибалов, которым автор приносит свою благодарность. Глава «Получение водорода для гидрогенизации топлив» напи­сана канд. техн, наук Г. О. Нусиновым.
    Автор

    ВВЕДЕНИЕ
    В последние 20—25 лет нефтеперерабатывающая промышлен­ность сделала значительные успехи. Новые методы переработки нефти дают возможность неуклонно улучшать качество моторного топлива и более полно использовать добываемую нефть. История переработки нефти показывает, что еще в конце XIX века основным продуктом, добываемым из нефти, являлся керосин, применявшийся для освещения, а основная масса нефти и мазута использовалась только как котельное топливо; появле­ние новой энергетической машины — двигателя внутреннего сгора­ния — вызвало необходимость производства из нефти бензина. Последний стал основным продуктом нефтепереработки. Мас­штабы потребления бензина потребовали значительного роста добычи нефти. Однако существовавшие методы переработки не позволяли достигнуть высоких выходов бензина. Эта задача была решена только в результате применения новых методов переработки нефти, а именно — крекинга. Вначале терми­ческий крекинг, а затем каталитический крекинг позволили резко повысить выход бензина. Однако только применение деструктив­ной гидрогенизации позволило довести выход бензина из нефти и нефтяных остатков почти до 80%. Одновременно с глубиной переработки улучшалось и качество бензина. Для получения высококачественных сортов бензина были использованы газы, получаемые при процессах переработки нефти. Газы явились сырьем для получения высокооктановых добавок
    методами алкилирования и селективной полимеризации. Смешение высокооктановых добавок с бензинами позволяет выпускать высококачественные бензины. Дальнейший рост потребности в бензине вызвал необходимость изыскания новых видов сырья для производства искусственного моторного топлива. Таким сырьем оказались, в частности, твердые горючие ископаемые. Развитие технологии получения моторного топлива из угля
    имеет историю, почти аналогичную истории развития нефтяной техники. Среди горючих ископаемых встречаются такие, которые при нагревании до 600o C без доступа воздуха выделяют от 10 до 40% первичной смолы, в той или иной степени похожей на нефть.
    Этот метод получения первичных смол, именуемый полукоксова­нием углей, является родоначальником производства искусствен­ного жидкого топлива из угля. Вначале первичные смолы, получаемые при полукоксовании угля, подвергались фракционной разгонке, а затем с целью увели­чения выхода бензина их стали подвергать крекингу. Однако хими­ческий состав смолы не давал возможности при помощи фрак­ционной разгонки и крекинга получать значительные выхода моторных топлив. Только применение деструктивной гидрогениза­ции смолы позволило без остаточно превращать ее в моторное
    топливо и газ. Выход моторного топлива при этом составлял около 75—80% от сырья.
    Так как при полукоксовании наряду со смолой получаются также газ и полукокс, а при переработке смолы, кроме моторного топлива, можно получать фенолы и другие продукты, то полукок­сование можно рассматривать как простейший метод химической переработки угля. Дальнейшее развитие химической переработки угля пошло по линии уже непосредственной деструктивной гидрогенизации его. Гидрогенизация угля дает возможность получить из угля 60% бензина, 30% газа, 5% воды и только 5% остатка органического вещества угля, не вошедшего в реакцию. C целью получения ароматизированного бензина бензины гид­рогенизации подвергаются дополнительно процессу ароматизации. На базе газов, получающихся при гидрогенизации угля, так же
    как и на базе газообразных продуктов переработки нефти, воз­никла новая промышленность органического синтеза и высоко­октановых добавок. Смешение ароматизированных бензинов гидрогенизации (так же как и бензинов нефтепереработки) с высокооктановыми добавками позволяет получать высокооктановые бензины сортностью 100/130, 115/160 и выше. В настоящее время производство высококачественного авиа­ционного топлива базируется на химической переработке и нефти и угля. Наряду с развитием глубокой переработки нефти создается мощная промышленность переработки угля в моторное топливо. Наиболее полное превращение угля, нефтяных и смоляных
    остатков в качественное моторное топливо достигается методом деструктивной гидрогенизации. В отличие от гидрирования, которое рассматривается как про­цесс присоединения водорода, процесс деструктивной гидрогени­зации, или, сокращенно, гидрогенизация, должен рассматриваться как процесс гидрирования и крекинга под высоким давлением водорода в присутствии катализаторов.
    Независимо от вида перерабатываемого исходного сырья и содержания в нем сернистых соединений процесс гидрогенизации позволяет получать бензины различного качества с требуемой упругостью паров, кривой выкипания и практически не содержа­щие сернистых соединений. Вследствие гибкости процесса гидрогенизации можно, если это требуется, путем изменения только режима процесса в зависимо­сти от перерабатываемого сырья выпускать наряду с авиационным бензином бензин автомобильный, фенолы, дизельное топливо, котельное топливо и другие продукты. Газы, получаемые при гидрогенизации, содержащие метан, этан, пропан и бутан, являются сырьем для химической переработки и производства высокооктановых компонентов. Поэтому гидрогенизация может рассматриваться как наиболее совершенный метод безостаточной переработки высокомолекуляр­ных веществ в бензины и сырье для получения ценнейших химических продуктов. Общая мощность заводов гидрогенизации во всех странах в настоящее время уже составляет около 6500 тыс. т бензина в год. В области гидрогенизации топлив научно-исследовательскими учреждениями и предприятиями накоплен большой экспериментальный и практический материал, по ‘мере возможности полностью
    использованный в данном учебном пособии, состоящем из двух разделов: в первом разделе изложена химия процесса, а во вто­ром — основные данные по технологии процесса.
    В разделе химии процесса последовательно изложены: общие положения, необходимые для рассмотрения процесса деструктив­ной гидрогенизации (глава I); исследования, проведенные в обла­сти гидрогенизации, и, частично, крекинга индивидуальных соедине
    ний, причем особое внимание уделено поведению кольчатых соеди­нений, представляющих наибольший интерес (глава II); вопросы растворения угля, предшествующего процессу гидрогенизации, и влияние растворителей на процесс гидрогенизации угля (глава III);
    данные, объясняющие механизм процесса гидрогенизации углей (глава IV); влияние температуры, давления, минеральной части и катализаторов на процесс гидрогенизации (глава V) и в заключе­ние — вопросы, обобщающие процесс гидрогенизации углей
    (глава VI).,Во втором разделе последовательно рассматривается техноло­гия процесса гидрогенизации: кратко изложены различные методы получения водорода и относящиеся к ним основные данные (глава VII); подготовка сырья для процесса гидрогенизации (глава VIII); гидрогенизация угля, смол и нефтяных остатков в жидкой фазе, технологические схемы и отдельные наиболее важные аппараты с данными об их пуске и эксплуатации, возмож­ные технологические схемы процесса гидрогенизации жидких высокомолекулярных продуктов, вопросы циркуляции газа и очи­стки циркуляционного газа жидкой фазы, переработка угольных и смоляных остатков, контроль производства и основное механическое оборудование (глава IX); предварительное гидрирование и гидрогенизация широкой фракции в паровой фазе (глава X); мате­риальные балансы, характеристика отдельных продуктов гидро­генизации, пути их дальнейшей переработки и данные о теплоте реакции гидрогенизации (главы XI, XII и XIII); растворимость газов гидрогенизации в жидких продуктах (глава XIV); вопросы ароматизации бензинов гидрогенизации, данные по ароматизации и краткое описание установки ароматизации (глава XV); получе­ние высокооктановых добавок на базе бутанов газов гидрогени­зации (глава XV). Две последние главы являются необходимым дополнением к изложению процесса гидрогенизации, так как производство высокооктанового бензина тесно связано с получением ароматизи­рованного компонента и алкилата. Попытка изложить материал в области гидрогенизации в таком разрезе делается впервые, поэтому не исключено, что некоторые разделы изложены более кратко, а другие несколько полнее, чем это следовало бы.