Гідрогенізація

Гідрогенізація (рос. гидрогенизация, англ. hydrogenation, нім. Hydrogenisation f, Hydrierung f, Kohlenverflüssigung f) – приєднання водню до простих та складних речовин при наявності каталізаторів.

Г. твердого палива є універсальним методом отримання з нього синтетичного рідкого палива. Для процесу Г. найбільш придатні тверді горючі корисні копалини, в яких відношення С:Н=8-16, вихід летких речовин на горючу масу не нижче за 35-36%. Г.- важливий резерв для заміни сирої нафти горючими сланцями, бітумами, вугіллям. За прогнозними оцінками Світової Енергетичної Ради, у 2050 р. на частку зріджуваного вугілля припадатиме 50% всього енергетичного вугілля, що видобуватиметься.

[ред.] Загальна інформація

Деструктивна гідрогенізація застосовується для одержання з твердих паливних копалин синтетичного рідкого палива. При деструктивній гідрогенізації відбувається зрідження вихідного продукту і насичення його воднем.

Сировиною для деструктивної гідрогенізації є кам’яне і буре вугілля, сланці. Але для процесу деструктивної гідрогенізації придатні лише ті тверді паливні копалини, в яких відношення С : Н = 8-16, а вихід летких речовин на горючу масу не менше 35–36 %. Вугілля перед процесом деструктивної гідрогенізації дроблять, подрібнюють, збагачують і сушать. Тонкоподрібнений вугільний порошок змішують з важким маслом для отримання паливно-масляної пасти (може бути одержана також масляною агломерацією вугілля), яка надходить у гідрогенізаційні автоклави. При гідрогенізації протікають реакції: гідрування з приєднанням водню, розщеплення гідрованих високомолекулярних речовин на низькомолекулярні, ізомеризація, відновлення кисневих, сірчаних і азотистих сполук, що супроводжується відщепленням від них гетероатомів і утворенням води, сірководню, аміаку. В результаті деструктивної гідрогенізації високомолекулярні органічні речовини перетво-рю-ються в суміш низькомолекулярних сполук, які насичені воднем. В залежності від умов процесу і глибини перетворення органічної маси вихідного твердого палива гідрогенізація дозволяє перетворювати його в високоякісне моторне паливо (бензин, дизельне і ракетне паливо), котельне паливо і сировину для органічного синтезу, в т.ч. моно- і поліциклічні ароматичні вуглеводні, феноли, азотисті основи. Найбільший вихід рідких продуктів досягається при гідрогенізації вугілля невисокої стадії метаморфізму (бурого, газового, довгополуменевого). Перша ступінь гідрогенізації твердого палива – рідкофазна гідрогенізація, яка здійснюється при температурі 400 – 500 оС, тиску 10 – 70 Па в присутності сіркостійкого каталізатора і розчинника. Розчинником можуть служити продукти, що утворилися в самому процесі (гідрогенізат). Рідкі продукти, що утворилися в першій стадії, переробляються в подальших ступенях шляхом парофазної гідрогенізації.

В результаті деструктивної гідрогенізації з 1 т сировини може бути одержано до 800 кг продуктів. Гідрогенізацію застосовують у виробництві аміаку, метилового спирту, моторного палива тощо.

[ред.] Історія розвитку процесу

Розвиток досліджень в галузі Г. починається 1897-1900, коли французький вчений П. Сабат’є і російський хімік М.Д.Зелінський зі своїми учнями розробили основи гідрогенізаційного каталізу органічних сполук.

Пром. застосування Г. твердого палива уперше отримала в 30-40-х рр. в Німеччині. Під час 2-ї світової війни, 1939-1945 рр., в Німеччині працювали 27 заводів по виробництву синтетичного палива загальною продуктивністю 5-6 млн.т на рік, що повністю задовольняло потреби в авіаційному і на 75% - в рідкому паливі. Вихід моторного палива досягав 55%, газоподібних вуглеводнів – 30%, води – до 10%, непрореаґований залишок складав 5% за масою. Перед 2-ю світовою війною установки по Г. вугілля і вугільних смол працювали також у Великобританії, Італії, Кореї. Сьогодні в США, Великобританії, ФРН, ПАР, Росії, Японії, Індії, Австралії, Польщі розробляється ряд процесів по Г. вугілля. Найбільш відомі - процеси прямого скраплення вугілля: SRC-I, SRC-II (фірми PAMCO i GULF), Donor Solvent Process (Exxon); двостадійного скраплення - CFS (CONOCO); H-Coal (фірма HRI), скраплення із застосуванням хлористого цинку (фірми CONOCO, SHELL), процес фірми DOW. На основі великого експериментального матеріалу встановлено, що вугілля з хорошою гідрогенізаційною здатністю містить 65-85% С^daf, понад 5% Н^daf, має вилід летких речовин V^daf понад 30%, зольність менше 10-12%, показник відбиття вітриніту 0,35-0,95.