Презентация "ГИДРИРОВАНИЕ УГЛЯ" по химии – проект, доклад

Углехимическое сырьё

К нему относят: торф, бурые угли, антрацит, горючие сланцы – ископаемые твердые топлива.

Экономическая справка

По данным угледобывающих и перерабатывающих предприятий в I полугодии 2006 года в Российской Федерации добыто 152 636,5 тыс. т угля. В сравнении с соответствующим периодом 2005 года добыча возросла на 8 229,3 тыс. т (рост 5,7%), при одновременном росте добычи угля как открытым, так и подземном способом (4,5% и 8,0% соответственно).

Уголь мира

[http://www.vzg.ru/prod/prod05.html]

Уголь

это остатки растений, погибших многие миллионы лет назад, гниение которых было прервано в результате прекращения доступа воздуха. торф, бурые и каменные угли, антрацит, горючие сланцы.

Искусственными топливами являются

каменноугольный, торфяной и нефтяной кокс, полученные пирогенетической переработкой различных видов природного топлива, брикеты и угольная пыль – продукты механической переработки твердого топлива.

Все ископаемые твердые топлива по материалу, из которого они образовались, делятся на

гумолиты (возникли в результате окислительного разложения остатков высших растений): Гумиты; Липтобиолиты. сапропелиты (возникли в результате восстановительного разложения остатков сапропеля – илистых отложений, образовавшихся на дне водных бассейнов из планктона и низших растений) сапрогумолиты.

Степень углефикации

среднее содержание углерода в топливе (в масс. % или долях)

Степень углефикации некоторых ископаемых твердых топлив

Превращение древесины в уголь протекает в следующем порядке:

дерево → торф → бурый уголь → каменный уголь → антрацит Метаморфизм углей – это необратимый процесс постепенного изменения химического состава, физических и технологических свойств органического вещества на стадии превращения от бурых углей до антрацитов

Состав органической массы некоторых видов топлива

Фрагмент гипотетической структуры угля

Четыре типа макроингредиента, различающих по блеску, внешнему виду и составу:

блестящий (витрен), полублестящий (кларен), матовый (дюрен), волнистый (фюзен).

Важнейшие характеристики каменных углей

зольность (3 ÷ 30 %) влажность (не более 7 %) сернистость (0,4 ÷ 8 %) выход летучих веществ (для торфа –70 %, для бурых углей – 65 ÷ 45 %, для каменных – 45 ÷ 10 %, для антрацита менее 10%) механические свойства спекаемость и коксуемость

Технологическая классификация углей

Технологическая классификация каменных углей

Добыча угля

Добыча угля ведется двумя способами: открытым (карьерным) (при глубине залегания угля не более 100 м) и подземным (шахтным).

Каталитические процессы химической переработки угля:

Пиролиз Газификация Ожижение

Полукокс Кокс Сорбенты Смола Топливный газ

Синтез-газ СО+Н2 Топливный газ Заменитель природного газа

Жидкое котельное топливо Легкие углеводороды Фенолы Моторные топлива

Пиролиз угля

Пиролизом или сухой перегонкой называется процесс нагревания углехимического сырья без доступа воздуха с целью получения твердых, жидких и газообразных продуктов различного назначения.

Полукоксование

500–580 °С Сырьем для полукоксования служит низкосортные каменные угли с высоким содержанием золы, бурые угли и горючие сланцы.

Продуктами полукоксования являются:

горючий газ, используемый в качестве топлива с высокой теплотой сгорания и сырья для органического синтеза; смола, служащая источником получения моторных топлив, растворителей и мономеров; полукокс, используемый как местное топливо и добавка к шихте для коксования.

Коксование угля

Коксованием называется разновидность сухой перегонки (пиролиза) каменного угля, проводимая при 900–1200 °С с целью получения кокса, горючих газов и сырья для химической промышленности.

Общая схема коксохимического производства

Целевое назначение этого процесса состоит в производстве металлургического кокса.

Схема химических превращений при коксовании

Коксование сопровождается глубокими химическими превращениями органической массы углей, при которых образуются кокс, жидкие продукты коксования и газ.

К первичным реакциям, протекающим в шихте при ее нагревании, относятся:

реакции деструкции сложных молекул, реакции фенолизации, реакции карбонизации органической части угля, реакции отщепления атомов водорода, гидроксильных, карбоксильной и метоксильной ОСН3 групп.

К вторичным реакциям, которые протекают при контакте выделившихся первичного газа и первичной смолы с нагретой стенкой печи, относятся:

— реакции крекинга алканов: — реакции полимеризации алкенов: — реакции дегидрогенизации нафтенов: — реакции конденсации ароматических углеводородов, например: — реакции образования карбенов с последующим превращением их в полукокс и кокс.

Последовательность процессов, протекающих в шихте при повышении температуры :

250 °C – отщепление Н2О, СО, СО2, Н2 300 °С – начало выделения КУС, выделение пирогенетической воды 350–500 °С – пластификация угольной шихты. 500–550 °С – разложение органической части угля с выделением первичного газа и паров первичной смолы, спекание твердого остатка с образованием полукокса. 600–700 °С – разложение полукокса и полное выделение летучих веществ 700 °С – упрочнение твердой массы и образование кокса.

Основные компоненты ПКГ

Обратный коксовый газ (ОКГ)

Водород, метан и другие низшие алканы, СО, СО2, N2 и О2

Сырой бензол (СБ)

смесь ароматических углеводородов с температурой кипения до 180 ºС, извлекается из ПКГ абсорбцией растворителями с температурой кипения более высокой, чем температура кипения СБ с последующей отгонкой последнего. Цель дальнейшей переработки сырого бензола – получение индивидуальных ароматических углеводородов путем разделения смеси составляющих СБ веществ на отдельные компоненты.

Состав СБ

Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, этил бензол, триметилбензол) – фракция БТК (80-95 % масс.) Непредельные соединения (стирол, циклопентен, циклогексен, инден, кумарон) Сернистые соединения (H2S,C2S, тиофен, метил тиофен, диметилтиофен) Алканы и циклоалканы ( циклопентан, метилциклопентан, циклогесан, гексан, гептан)

Каменноугольная смола (КУС)

представляет сложную смесь веществ, в состав которой входит несколько сот органических соединений (идентифицировано около 500 соединений) различных классов.

Фракции КУС (Ткип, ºС)

Легкая (170) – добавка к СБ Фенольная (170-210) – фенол, крезолы, ксиленолы Нафталиновая (210-230) – технический нафталин Поглотительная (230-270) – поглотительное масло, метилнафталин, хинолиновые основания, индол, флуорен, фенолы, аценафтен Антраценовая (270-360) – антрацен, карбазол, флуоратен, пирен, дифенилоксид, шпалопропиточное масло Пек (360) – угольные электроды и анодные массы.

Ректификация КУС

осуществляется в трубчатых установках с использованием принципов однократного испарения и фракционной конденсации.

Гидрирование угля

Гидрированием (гидрогенизацией) называется процесс превращения органической части углехимического сырья в жидкие продукты, обогащенные водородом. деструктивный каталитический процесс, протекающий при температуре 400 ÷ 560 ºС под давлением водорода 20-70 МПа.

Реакции:

деструкции и деполимеризации высокомолекулярных структур угля – гидрирования образовавшихся алкенов – деструкции высших алканов с последующим гидрированием алкенов и образованием алканов меньшей молекулярной массы – гидрирования конденсированных ароматических систем с последующим разрывом цикла и деалкилированием – раскрытия пятичленных циклов с образованием изоалканов и другие.

Катализатор

Газификация угля

Газификацией твердого топлива ГТТ называется процесс превращения органической части топлива в горючие газы путем воздействия на него окислителей. Процесс газификации представляет собой негетерогенный некаталитический процесс. В качестве окислителей при ГТТ используются воздух (воздушное дутье), кислород (кислородное дутье), водяной пар (паровое дутье), а также их смеси.

Реакции в зависимости от типа окислителя:

Кислородное дутье Паровое дутье Парокислородное дутье

Газогенераторы для паро-кислородной конверсии угля

а – газогенератор со сплошным слоем мелкокускового угля

б – секционированный газогенератор с псевдоожиженным слоем угля

Д. И. Менделеев:

Как Вы полагаете, имеет ли данное выражение в настоящее время техническое применение? Обоснуйте ответ.

"... настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, а там в земле его сумеют превращать в горючие газы..." (1888)