![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Промышленность и Производство
Технология
Новые подходы в химической переработке ископаемых углей |
Комсомольск-на-Амуре KOS & AKRED COS @AMUR E .RU СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ 2 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЯХ И МЕТОДАХ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ 5 2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ ТОПЛИВ ИЗ УГЛЯ 6 3. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ 8 3.1. Пиролиз и коксование 8 3.2. Газификация 10 3.3. Ожижение 12 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16 ЛИТЕРАТУРА 17 ВВЕДЕНИЕ За многие миллионы лет природа накопила богатейшие запасы углерода в виде угля, нефти и природного газа. Сейчас эти ископаемые виды топлива используются человечеством для получения энергии и химических продуктов. В конце прошлого - начале нынешнего века большинство продуктов органической химии производилось из каменных углей. По мере увеличения добычи нефти химические вещества угольного происхождения начали вытесняться продуктами нефтехимического синтеза, производимыми более простыми и менее энергоемкими методами. Однако оценка разведанных мировых запасов различных видов ископаемого органического сырья приводит к выводу о том, что месторождения нефти и газа будут в значительной степени исчерпаны уже в первые десятилетия XXI века. Запасов же угля должно хватить на ближайшие несколько сот лет. Вывод о необходимости постоянного увеличения масштабов использования угля в энергетике и промышленности подтверждается данными по сопоставлению запасов нефти, газа, угля и сложившейся в настоящее время структурой их мирового потребления (рис. 1). Таким образом, уголь выступает в качестве "моста в будущее" мировой цивилизации (по терминологии К.Л. Уилсона ), обеспечивая плавный переход от ископаемого органического сырья к новым источникам энергии - солнечной, ядерной и другими недоступными пока человечеству принципиально новым видам энергии. Увеличение потребления ископаемых углей будет сопровождаться ростом экологической нагрузки на окружающую среду, поскольку при сжигании и переработке угля образуется больше вредных побочных продуктов по сравнению с нефтью и газом. Снижение ущерба окружающей среде от угольной энергетики может быть достигнуто путем перехода к использованию экологически более безопасных видов топлива угольного происхождения. К ним относится облагороженный или "чистый уголь", синтетические газообразные и жидкие топлива, полученные путем химической переработки угля. Выбросы вредных веществ при использовании этих синтетических топлив значительно ниже, чем в случае применения рядового угля. Основными недостатками известных технологий химической переработки углей по сравнению с технологиями нефтепереработки и нефтехимии являются относительно низкая производительность и жесткие условия их осуществления (высокие температура и давление). Для устранения указанных недостатков в углепереработке все шире применяются катализаторы и новые каталитические процессы, позволяющие получать из угля разнообразные продукты топливного и химического назначения . Разрабатываемые в настоящее время новые каталитические процессы химической переработки угля приведены на схеме: К основным из них относятся процессы пиролиза, газификации и гидрогенизации угля. Для осуществления каталитических превращений угля применяются две основные группы методов.
Одна из них включает каталитические превращения на границе раздела фаз поверхность угля- катализатор. Другая группа методов отличается тем, что каталитические превращения угля происходят по механизму опосредованного катализа путем передачи действия катализатора через жидкие или газообразные компоненты реакционной среды по схеме: катализатор компоненты реакционной среды уголь продукты превращения. К настоящему времени предложены разнообразные способы применения катализаторов в процессах превращения углей . Основные из них приведены на рис. 2. Наиболее хороший контакт достигается при введении катализатора в уголь методами химического связывания с реакционноспособными группами (например, -СООН, -СН2ОН) на поверхность угля, внедрения в объем угольного вещества, а также при использовании катализаторов в растворенном, расплавленном или летучем состояниях. Осуществление каталитических процессов переработки угля по механизму опосредованного катализа значительно упрощает их технологию. В этих случаях удается достичь высокой эффективности процесса, применяя механические смеси измельченного или суспендированного в жидкой среде твердого катализатора и угля, а также стационарный или кипящий слой частиц катализаторов. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЯХ И МЕТОДАХ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ Ископаемые угли представляют собой природные полимеры, состав и структура которых меняется в зависимости от возраста угля. Высокомолекулярная структура угля состоит из ароматических, гидроароматических, гетероциклических и алифатических фрагментов, различных функциональных групп. Эти фрагменты связаны между собой разнообразными способами, в том числе посредством алифатических связей углерод-углерод, углерод-кислород, углерод-азот, углерод-сера. Для более молодых бурых углей характерно более высокое содержание гетероатомов (прежде всего кислорода) по сравнению с каменными углями, в составе которых преобладают конденсированные полиароматические фрагменты. Макромолекулы угольной структуры могут соединяться между собой с помощью электроно-донорно- акцепторных взаимодействий. Одна из возможных структур угля приведена на рис. 3. Из функциональных групп в угле обычно превалируют кислородсодержащие группы, входящие в состав фенолов, карбоновых кислот, спиртов, эфиров и карбонильных соединений. Наряду с органической массой в ископаемом угле присутствует минеральная часть, представленная такими элементами, как кремний, алюминий, кальций, железо и другие. В целом состав ископаемых углей более сложен, чем нефти, и может существенно различаться даже в пределах одного угольного месторождения. Целью большинства процессов химической переработки угля (за исключением получения углеродных материалов) является его преобразование в низкомолекулярные органические продукты, по возможности достаточно однородного состава. Превращения угля в более привычные для химика органические соединения достигается при термической обработке и воздействии различных реагентов . В процессе нагревания в первую очередь разрываются наиболее слабые алифатические цепочки, которыми связаны конденсированные ароматические структуры.
Определяющий вклад в процесс деполимеризации бурых углей вносит разрыв связей углерод-кислород. Управлять реакциями разрыва определенных связей можно путем избирательного введения металлов-катализаторов в функциональные группы угольного вещества. Например, температура разрыва алифатической связи, соединяющей два ароматических фрагмента, снижается, если катион двухвалентного металла замещает протоны двух соседних фенольных групп: 2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ ТОПЛИВ ИЗ УГЛЯ Получаемые из угля синтетические топлива могут быть твердыми, жидкими и газообразными. К твердым синтетическим топливам относится большое количество облагороженных или улучшенных топлив типа "чистый уголь", угольные брикеты, полукокс, термоуголь, автоклавированный уголь. Синтетические жидкие топлива представлены котельным топливом (заменитель нефтяного мазута), моторными топливами и метанолом. Газообразные топлива, получаемые из угля, представляют собой топливный газ, "заменитель природного газа" и синтез-газ. Получение из угля синтетических топлив осуществляется различными методами . Твердое топливо с повышенной экологической чистотой получается в результате удаления из исходного угля вредных примесей, таких как сера и минеральные примеси: Преимуществами "чистого угля" являются снижение выбросов SO2 и твердых частиц при сжигании, а также повышение теплотворной способности по сравнению с исходным углем. При получении топлива для коммунально-бытовых целей используется брикетирование угольной мелочи: В результате происходит снижение выбросов твердых частиц при сжигании и может повышаться теплотворная способность топлива. В некоторых случаях в брикеты вводят специальные химические добавки, снижающие выход смол, сажи, серы и других вредных продуктов при сжигании. Повышение качества бурых углей, имеющих низкую теплотворную способность из-за большого количества влаги и кислорода, достигается путем их облагораживания при пиролизе или обработке перегретым паром: Термическое облагораживание бурого угля повышает его теплотворную способность, кроме того снижается эмиссия SO2 и Ox (для полукокса и термоугля) и могут уменьшаться выбросы твердых частиц при сжигании автоклавированного кускового угля. Процесс газификации угля является многоцелевым относительно состава продуцируемого газа. При получении газообразных топлив выделяются три основные направления, связанные с производством топливного газа, заменителя природного газа и синтез-газа: Состав и теплотворная способность продуцируемого газа зависят не только от режимов газификации, но и от конструкции используемого газогенератора. Применение топливного газа позволяет решать экологические и технологические проблемы в энергетике, металлургии и других отраслях промышленности. Особенностью получаемого заменителя природного газа является низкое содержание СО и, следовательно, относительно низкая токсичность, что позволяет широко применять этот газ в бытовых целях. Синтез-газ используется для химической переработки в метанол, моторные топлива или для получения водорода. Для получения жидких топлив непосредственно из угля используются процессы гидрогенизации, пиролиза, ожижения растворителями: При получении котельного топлива (заменителя нефтяного мазута) и моторных топлив требуется дополнительное применение процессов гидропереработки жидких угольных продуктов с целью уменьшения содержания серы и других нежелательных примесей.
Занятие машинной техникой господствуЯщего положения во всем новом укладе техники при завершении индустриально-технической револЯции. 5. Появление и широкое применение новых материалов, ставших основными материалами: чугуна, стали, дЯралЯминия, железобетона, абразивов. 6. Возникновение и широкое распространение, наряду с механическими и физическими методами воздействия на предметы труда, новых, химических методов воздействия. 7. Освоение и широкое использование новых видов энергии: химической энергии каменного угля, нефти (и ее продуктов), природного газа и энергии рек, а также энергии (вторичной) пара. 8. Ускорение специализации технических средств, особенно в промышленном производстве. 9. Широкое распространение пооперационного (мануфактурного) разделения труда. 10. Превращение промышленного производства (вклЯчая строительство) в ведущуЯ отрасль общественного производства, а земледелия - во второстепеннуЯ (вторуЯ по значениЯ). Производство в промышленности большей части совокупного общественно го продукта. Сосредоточение большинства, абсолЯтного или относительного, трудоспособного населения стран, при завершении в них индустриально-технической револЯции, в промышленности и строительстве
3. Технологии переработки твёрдых бытовых отходов
4. Технология переработки молока в условиях мини-производств
9. Проблемы использования и пути развития интернет-компьютерных технологий в России
10. Проблемы утилизации. Переработка отходов
11. Этические проблемы генных технологий
12. К проблеме внедрения информационных и Интернет-технологий в систему образования
13. Проблемы и технологии образовательного целеполагания
14. Современные технологии и экологические проблемы современности
15. Отраслевые стандарты исторической науки в информационных технологиях: к постановке проблемы
16. Проблемы информатизации наукоемких технологий обучения
17. Проблемы применения новых образовательных технологий в обучении истории
18. Состояние и некоторые проблемы химии, технологии и эффективности удобрений
20. Технология производства, хранения и переработки кукурузы
21. Основные тенденции и проблемы в области разработки и применения информационных технологий
25. Современные технологии производства строительных материалов. Проблемы таможенного контроля
26. Проблема переработки промышленных и бытовых отходов в Свердловской области
27. Каменное зодчество Литвы XIII – XVIII веков
28. Технология возведения одноэтажного промышленного здания
29. Проблема внеземных цивилизаций
30. Проблема Великого Молчания Внеземных Цивилизаций
31. Влияние космоса на современные информационные технологии
32. Происхождение жизни: абиогенез и панспермия. Гиперцикл. Геохимический подход к проблеме
33. Проблема происхождения и эволюции человека
34. Химическое оружие и проблемы его уничтожения в России
35. Демографические проблемы России
36. Пищевая промышленность Украины. Проблемы и перспективы развития
37. Проблема применения моделей устойчивого развития на региональном уровне
41. Проблема ресурсообеспечения
42. Территориальная проблема Курильских островов
43. Глобальные проблемы человечества. Использование Мирового океана
44. Угольная промышленность мира. Проблемы и перспективы
45. Рост населения, проблема продовольствия
46. Деятельность международных организаций ООН в решении глобальной продовольственной проблемы
47. Государственный бюджет, проблемы его формирования
48. Государственный бюджет России, проблемы преодоления его дефицита
49. Прибуткове оподаткування підприємств, проблеми та шляхи розвитку в Україні
50. Проблемы и перспективы развития денежной системы России
51. Проблемы налогообложения в Российской экономике
52. Проблемы реформирования налоговой системы в России
53. Проблемы формирования бюджета Ханты-Мансийского Автономного Округа
57. ЛИЗИНГ: правовые основы и проблемы развития правового регулирования в РФ
58. Актуальные проблемы гражданского права
60. Проблема отношений всей России с Кавказом
61. Государство и проблемы монополий
62. Банковская система Республики Казахстан: проблемы и перспективы.
63. Особенности и проблемы правового регулирования договора строительного подряда
64. Актуальные проблемы конституционно-правового развития в России
65. Проблема нераспространения и не использования оружия массового уничтожения (ОМУ)
66. Приватизация муниципального жилищного фонда: Проблемы и правовые последствия
67. Налоговая система России: сущность, проблемы, перспективы развития
69. Проблемы разграничения административных деликтов от преступлений /Украина/
73. Медицинское страхование в России, проблемы его развития
74. Проблема происхождения государства и права
76. Свинец и проблемы экологии
77. Глобальные проблемы современности
79. Разработка технологии по изготовлению книжного издания по искусству
80. Проблема интерпретации мифа в аттической трагедии
81. Проблема смерти в культуре Древнего Египта и её отражение в храмовой архитектуре и живописи
82. Каменные изваяния средневекового Казахстана
83. История изучения проблемы культуры, предмет культурологии
84. Роль техники и технологии в процессе развития культуры
89. Проблема автора в "Слове о полку Игореве"
90. Проблема истории в художественных произведениях А.С. Пушкина
91. Перевод. Искусство перевода и его проблемы
93. Проблемы национального характера в русской прозе 20 века
94. Проблема освоения иноязычных заимствований русскоязычными индивидами
95. Синтаксические функции герундия в испанском языке. Проблема атрибутивного герундия
96. Этические проблемы в фильме Э. Рязанова “Дорогая Елена Сергеевна”
99. Антигитлеровская коалиция и проблема послевоенного устройства мира. ООН: цели и механизм действия