Введение
Два десятилетия подряд, уголь находился в тени нефтяного дума. Закрывались многочисленные шахты, сотни тысяч горняков теряли свое рабочие место. Беспорядочный, проходящий под нажимом монополий, переход на дешевую, импортированную, в основном с ближнего востока – нефть обрек уголь, на роль «золушки», лишенного будущего. Однако это не произошло в ряде стран, в том числе и в Росси, которые учитывали преимущество энерго-структуры, опирающийся на национальные ресурсы.
Угольные запасы рассредоточены по всему миру. Большинство промышленных стран ими не отделено. Земля таит в себе две богатые угольные зоны. Одна простирается через страны Росси, Китая, Северную Америку, до центральной Европы. Другая, более узкая, и менее богатая, идет от Южной Бразилии через Южную Африку, и Восточную Австралию. Наиболее значительные запасы каменного угля находится в странах: России, Китая и США. Каменный уголь доминирует на западе Европы. Главная каменноугольные бассейны в Евразии: Южный Уэльс, Валансьен-Льеж, Саарско-Лотаргинский, Русский, Астурийский, Кизеловский, Донецкий, Таймырский, Тунгусский, Южно-Якутский, Фуньшуньский; в Африке: Джерада, Абадла, Энугу, Уанки, Витбанк; в Австралии: Большая Синклиналь, Новый Южный Уэльс; в Северной Америке: Грин-Ривер, Юннта, Сан-Хуан-Ривер, Западный, Иллинойский, Аппалачский, Сабинас, Техасский, Пенсильванский; В Южной Америке: Караре, Хунин, Санта-Катарина, Консепсьон. На Украине следует отметить Львовско-Волынский бассейн и богатый месторождениями Донбасс.
Наиболее крупные по объему добычи месторождения каменного угля в мире, это Тунгусский, Кузнецкий, Печорский бассейны - в России; Карагандинский – в Казахстане; Аппалачский и Пенсильванский бассейны – в США; Рурский – в Германии; Большой Хуанхэ – в Китае; Южно-Уэльский – Великобритании; Валансьен – во Франции и др. Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Угольная, коксохимическая промышленность, отрасли тяжелой промышленности осуществляют переработку каменного угля, методом коксования. Коксование – промышленный метод переработки угля путем нагревания от 950 до 1050ºС без доступа воздуха. Основными коксохимическими продуктами являются: кокс, коксовый газ, продукты переработки сырого бензола, каменноугольной смолы, аммиака.
Из коксового газа углеводороды, извлекают промывкой в скрубберах жидкими поглотительными маслами. После отгонки от масла, разгонки из фракции, очистки и повторной ректификации, получают чистые товарные продукты, бензол, толуол, ксилол и др. Из непредельных соединений, содержащихся в сыром бензоле, получают кумароновые смолы, использующиеся для производства лаков, красок, линолеума и в резиновой промышленности. Перспективным сырьем является также циклопентадиен, который, также получают из каменного угля. Каменный уголь – сырье для получения нафталина и других индивидуальных ароматических углеводородов. Важнейшими продуктами переработки является пиридиновые основания и фенолы.
Путем переработки в общей сложности можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых, по сравнению, со стоимостью самого угля, возрастает от 20 до 25 раз, а побочные продукты, получаемые на коксохимических заводах, превосходят стоимость самого кокса.
Очень перспективным является гидрогенизация угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1 тонны нефти расходуется от 2 до 3 тонн каменного угля. Из каменных углей получают искусственный графит. Используется они в качестве неорганического сырья. При переработки каменного угля из него в промышленных масштабах извлекают ванадий, германий, серу, галлий, молибден, цинк, свинец. Зола от сжигания углей, отходы добычи и переработки используется в производстве стройматериалов, керамики, огнеупорного сырья, глинозема, абразивов.
С целью оптимального использования угля производится его обогащение (удаление минеральных примесей).
Как видно из приведенного рефератного обзора, каменный уголь является неотъемлемой частью нашей жизнедеятельности. Разнообразнейшее применение практически во всех целях и отраслях народного хозяйства каменного угля, предполагает и дальнейшую его добычу и переработку.
1 Общая часть
1.1 Пути использования продуктов переработки сырого бензола
Основными областями применения чистого бензола, является синтез этилбензола для производства синтетического каучука и пластмасс. Синтез фенола через хлорбензол, бензосульфакислота или изопропилбензол (кумол).
Фенол является исходным сырьем для производства пластмасс, а также в некоторых случаях капролоктама – исходного вещества для получения капронового волокна, т.о., бензол является исходным продуктом для получения синтетического волокна, а также нитробензола и анилина – исходных продуктов для производства красителей.
Толуол, применяется в основном для производства тринитротолуола, а также в качестве добавки к мототопливам, в ряде случаев толуол, находит применение как растворитель и при производстве фармацевтических препаратов.
Ксилол, обычно применяется в виде смеси трех изомеров и этилбензола, в качестве растворителя. Отдельные изомеры применяются для производства фталевого ангидрида, изофталевой и терефталевой кислот.
Триметил бензол производят обычно в виде смеси, всех изомеров – сольвента.
В последние время сравнительно применяют бензольные углеводороды, в производстве красителей, и в фармацевтике.
Среди непредельных соединений сырого бензола, технически ценным является только высококипящие – стирол, инден и кумарон с гомологами. Они служат сырьем для производства полимеров, так называемых инден-кумароновых смол. Последнее находят довольно широкое применение – для производства ленолиума, типографических красок, пластмасс и главным образом для изготовления облицовочных материалов.
Весьма расширенное применение, находит циклопентадиен, в производстве ядохимикатов, для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве.
1.2 Общие принципы переработки сырого бензола
Основная цель переработки сырого бензола – выделение важнейших ароматических соединений, возможно более чистом виде, с наименьшими потерями и получение наряду с этих полезных для народного хозяйства., продуктов и ароматических примесей. Выделение чистых продуктов из сырого бензола осуществляется методом ректификации.
Процесс ректификации сырого бензола осуществляется в колоннах барботажного типа, имеющих внутри колпачковые или ситчатые ректификационные тарелки, на которых осуществляется противоточное взаимодействия потоков пара и жидкости.
В результате многократно чередующих процессов частичного испарения остатка и частичной конденсации паров в колонне, достигается практически полное выделение легкокипящего компонента в паровую фазу и отделение от него, высококипящих компонентов, остатка, который выводится снизу колонны. Основным достижением требуемой степени разделения компонентов в колонне, является подвод тепла вниз колонны и подача холодного агента, на орошение верха колонны.
Орошение ректификационных колонн, может осуществляться двумя способами:
- флегмой – продуктом частичной конденсации паров, выходящих из колонны в аппарате, так называемом дефлегматором;
- рефлюксом – продуктом полной конденсации паров в конденсаторе-холодильнике.
Отбор головной (сероуглеродной) фракции и бензола, производится без острого пара, так как необходимая температура может быть достигнута при обогреве колонн, глухим паром. Толуол и все последующие продукты, отбираются с применением острого пара. Для редистилляции второго бензола используют острый пар и вакуум.
1.3 Состав сырого бензола
Сырой бензол представляет собой смесь большого количества разнообразных химических соединений. Основная масса его компонентов выкипает до 180º. Выше этой температуры кипят содержащиеся в сыром бензоле компоненты поглотительного масла, называемые сольвент-нафтой, и некоторые непредельные соединения. Обычно все расчеты при определении содержания отдельных компонентов в сыром бензоле и их выходов в процессе переработки производится на отгон до 180º.
Наиболее важные по ценности компоненты – бензол и его гомологи, а также некоторые виды непредельных соединений.
Бензол (С6Н6) – первый член гомологического ряда бензольных углеводородов (СnH2n-6),является основным компонентом сырого бензола, содержание которого достигает 55-80%. Температура кипения бензола 80,1 ºC. Ценность бензола определяется тем, что он является основным исходным материалом для органического синтеза пластических масс и других высококачественных продуктов.
Толуол (С6Н5СН3) – следующий за бензолом по своему содержанию компонент сырого бензола. Температура кипения толуола 110,6 ºC. Содержание толуола в сыром бензоле зависит от условий коксования и составляет 10-15%.
Ксилол, производимый в ректификационных цехах, является смесью трех изомеров орто-, мета-, и параксилола (С6Н5(СН3)2) и этилбензола (С6Н5С2Н5). Температура кипения о-ксилола 144,4 ºC; м-ксилола 139,1 ºC и n-ксилола 138,4 ºC. Содержание ксилолов в сыром бензоле составляет 4-7%.
Триметилбензолы (С6Н3(СН3)3) кипят в интервале температур 164-180 ºC и обычно выходят из ректификационных цехов в смеси с ксилолами, этилтолуолами, пропилбензолом под названием сольвентов. Триметилбенщолы в сыром бензоле представлены – псевдокумолом, с температурой кипения 169,35 ºC, мезитиленом с температурой кипения 164,7 ºC и гемимелитолом с температурой кипения 176,08 ºC. Содержание триметилбензолов в сыром бензоле незначительно (0.3-0,7%).
Все бензольные углеводороды в чистом виде представляют собой легкокипящие, бесцветные, прозрачные жидкости, легче воды (плотность при 20ºC равна 0,86-0,880 г/см3), не смешиваются с водой и хорошо от нее отстаиваются.