Коксохимическое производство и проблемы использования углеводородного сырья.
Выполнил
Корниенко Алексей
Проверил Еремин И. В.
24. 01. 1999
Красноярск, 1999
Коксохимическое производство:
Важным источником промышленного получения ароматических углеводородов
наряду с переработкой нефти является коксование каменного угля.
Процесс коксования можно провести в лаборатории. Если каменный уголь
сильно нагревать в железной трубке без доступа воздуха, то через некоторое
время можно будет наблюдать выделение газов и паров. В U-образ-ой трубке
конденсируется смола, имеющая неприятный запах, и над ней вода, содержащая
аммиак. Проходящие далее газы собираются в сосуде над водой. В железной
трубке после опыта остается кокс. Собранный газ хорошо горит, его называют
коксовым газом.
Таким образом, при нагревании каменного угля без доступа воздуха
образуются четыре основных продукта: кокс, каменноугольная смола, аммиачная
вода, коксовый газ.
Коксохимическое производство в основе своей имеет много общего с
лабораторным опытом коксования угля, оно как бы воспроизводит его в крупных
масштабах.
Промышленная коксовая печь состоит из длинной узкой камеры, в которую
сверху через отверстия загружают каменный уголь, и отопительных простенков,
в каналах которых сжигают газообразное топливо (коксовый или доменный газ).
Несколько десятков таких камер образуют батарею коксовых печей. Для
достижения высокой температуры горения газ и воздух предварительно
нагревают в регенераторах, расположенных под камерами, подобно тому как это
осуществляется в мартеновском способе производства стали.
При нагревании угля без доступа воздуха до 900-1050 оС приводит к его
термическому разложению с образованием летучих продуктов и твердого остатка-
кокса.
Процесс коксования длится около 14 часов. После того как он
закончится, образовавшийся кокс-«коксовый пирог»-выгружают из камеры в
вагон и затем гасят водой или инертным газом; в камеру загружают новую
партию угля, и процесс коксования начинается снова. Коксование угля-
периодический процесс. Основные продукты: кокс-96-98% углерода; коксовый
газ-60% водорода, 25% метана, 7% оксида углерода (II) и др. Побочные
продукты: каменноугольная смола (бензол, толуол), аммиак (из коксового
газа)и др.
После остывания кокс сортируют и направляют на металлургические заводы
для доменных печей.
Летучие продукты выводятся через отверстия вверху камер и поступают в
общий газосборник, где из них, как в нашем опыте, конденсируется смола и
аммиачная вода.
Из неконденсирующегося газа извлекают аммиак и легкие ароматические
углероды (главным образом бензол). С целью извлечения аммиака газ
пропускают через раствор серной кислоты; образующийся сульфат аммония
используется в качестве азотного удобрения.
Ароматические углеводы получаются путем поглощения их растворителем и
последующей отгонки из образующегося раствора.
Из каменноугольной смолы путем фракционирования получают гомологи
бензола, фенол (карболовую кислоту), нафталин и др.
Коксовый газ после отчистки применяется в качестве топлива в
промышленных печах, так как содержит много горючих веществ. Он используется
и как химическое сырье. Например, из коксового газа выделяют водород для
различных синтезов.
Проблемы использования углеводородного сырья:
До недавнего времени в топливном балансе страны огромная доля
приходилась на нефть. В связи с развитием энергоснабжения осуществляется
перевод энергетики с использованием нефти и нефтепродуктов в качестве
топлива на широкое применение в этих целях природного газа, угля, на
использование атомной энергии. Это значит, что тяжелые остатки переработки
нефти-мазуты будут более полно перерабатываться в светлые нефтепродукты,
необходимые для современного органического синтеза. Химической науке
предстоит задача изыскать более эффективные пути переработки нефти,
природного и попутных газов, угля, сланцев, а также усовершенствовать
существующие с целью более полного и комплексного использования природного
углеводородного сырья.
Получение искусственного жидкого топлива не является новой проблемой.
Установка гидрирования угля была введена в Германии еще в 1923 году, а в
1943 этим путем в Германии было получено 2 миллиона тонн бензина и 800000
тонн дизельного топлива. Процесс получения искусственного жидкого топлива
был весьма дорогим и проходил при давлении 70 Мпа и температуре 180 оС. В
послевоенные годы гидрирование угля практически потеряло промышленное
значение.
В настоящее время учеными разрабатываются другие экономически более
выгодные методы гидрирования угля с использованием эффективных
катализаторов, что даст возможность снизить температуру и давление.
Другим перспективным путем получения синтетического жидкого топлива
является его синтез из оксида углерода (II) и водорода.