Топливо. Методы переработки топлива (стр. 1 из 2)
Пособие
Топливо. Методы переработки топлива
1. Топливо, его значение и классификация
Топливом называют существующие в природе или искусственно полученные вещества, являющиеся источником тепловой энергии и сырьем для химической промышленности.
Роль топлива в народном хозяйстве страны велико и все время возрастает, так как бурное развитие промышленности органического синтеза — производство пластических масс, химических волокон, синтетических каучуков, красителей, растворителей и т. д. — требует огромным количеств углеродного сырья, которое получается в результате химической переработки различных топлив.
Все топлива можно разделить по агрегатному состоянию на твердые, жидкие и газообразные, а по происхождению — на естественные в искусственные.
Естественные топлива:
твердые — угли, древесина, сланцы, торф
жидкие — нефть;
газообразные — природные и попутные газы.
Искусственные топлива получают главным образом при переработке естественных топлив. Твердые искусственные топлива — кокс, полукокс, древесный уголь; жидкие — бензин, керосин, лигроин и др.; газообразные — генераторные газы, коксовый газ, газы переработки нефти и др.
Нефть в основном состоит из углерода (80-85%) и. водорода (10-14%), входящих в состав сложной смеси углеродов. Кроме углеродной в нефти имеется небольшая неуглеводородная часть я минеральные примеси. Состав природных и попутных газов очень разнообразен.
Разнообразие твердых топлив представлено в таблице 1.
В таблице представлен состав органической, или горючей, массы топлива — той части топлива, которая при горении дает тепло. .
Газообразное топливо обладает рядом преимуществ по сравнению с твердым и жидким топливом, которые обусловлены его свойствами. При сгорании газа можно довести до минимума потерю теплоты с уходящими в дымовую трубу продуктами горения; при сгорании газа не образуетсязолы, шлака, дыма. Газ можно транспортировать самым дешевым видом транспорта — трубопроводом. По этим причинам газообразное топливо находит все более широкое применение в промышленности, а также в качестве бытового топлива и топлива для автотранспорта.
Таблица 1
| Вид топлива | Углерод | Водород | Кислород | Азот |
| Древесина | 44 | 6 | 59 | 1 |
| Торф | 59 . | б | 33 | 2 |
| Бурый уголь | 70 | 5,5 | 24 | 1 |
| Каменный уголь | 2 | 5 | 12 | 1 |
| Антрацит | 95 | 2 | 3 | следы |
2. Технологические методы переработки твердого топлива
Методы переработки твердого топлива основаны на гетерогенных, главным образом некаталитических процессах в системах «твердое — газ», «твердое — жидкость — газ» и многофазных, осуществляемых при высоких температурах.
При нагревании уголь и другие виды топлива претерпевают сложные изменения, ведущие к образованию новых твердых, жидких и газообразных продуктов.
Основными методами, переработки твердого топлива являются коксование, полукоксование, газификация и деструктивная гидрогенизация.
Коксование — метод переработки каменных углей нагреванием без доступа воздуха до 900-1060 0С в коксовых печах. Коксохимическое производство включает три технологические стадии: подготовку сырья, коксование и переработку коксового газа.
Сырьем для коксования служит смесь каменных углей, способных при нагревании спекаться (т. е, размягчаться и слипаться в общую массу). К таким углям относятся коксующие угли различных марок: коксующиеся, паровично-спекающиеся, паровично-жирные и др. Но запасы коксовых углей ограничены, поэтому наряду с ними применяютдругие марки каменных углей — неспекающиеся: жирные, газовые, длинно пламенные.
Поступающие на переработку угли подвергаются подготовке: дроблению, сортировке, обогащению, обезвоживанию. Эта работа по улучшению качества угля требует дополнительных расходов, но она экономически целесообразна.
Процесс коксования протекает в коксовых печах , представляющих собой щелевидные камеры 2 шириной 0,4 м, высотой 4 м и длиной 14-15 м, сложенные из огнеупорного материала. В своде такой камеры имеются отверстия — люки для загрузки угля. Несколько десятков вечей (до 75), расположенных параллельно друг другу и связанных кирпичной кладкой, образуют коксовую батарею. В простенках между печами располагаются отопительные каналы 1. В них сжигается какое-либо газообразное топливо. Полученное при этой тепло через стенки печей, передается загруженному в них углю.
Рис. 28. Камера коксования
Коксование длится 13-14 часов. По окончании процесса открывают переднюю и заднюю двери печи и специальным толкателем выталкивают кокс из камеры в стальной полувагон, в котором его тушат. После выгрузки кокс сортируют. Из одной тонны угольной шихты получают 730-780 кг кокса, содержащего 85-95% чистого углерода, 5-11% золы и небольшое количество других веществ.
Образующийся при коксовании газ (до 350 м3 на 1 т угля) содержит много ценных веществ. Кроме водорода, метана, окиси и двуокиси углерода, в его состав входят пары каменноугольной смолы, бензола, аммиака, сероводорода и ряд других соединений. Парогазовую смесь, отходящую из коксовых камер, улавливают и отводят V цех конденсации на переработку, извлекая содержащиеся в газе компоненты.
Полукоксование — низкотемпературный пиролиз низкосортного твердого топлива (каменные и бурые угли, сланцы) при нагревании до конечной температуры 500-550 0С без доступа воздуха.
Продукты полукоксования — полукокс, смола и газ.
Полукокс — слабо спекшийся хрупкий продукт, содержащий до 10% летучих веществ, обладающий высокой реакционной способностью 8 большой зольностью. Применяют как местное энергетическое топливо я как составляющую шихты для коксования.
Смола, в особенности сланцевая, служит источником получения моторных топлив, растворителей я самых разнообразных органических мономеров, выделяемых прямой перегонкой смолы.
Газификация. В последнее время газификация твердого топлива приобретает особое значение как источник энергия и химического сырья.
Газификации могут быть подвергнуты любые виды твердого топлива — торф, низкосортные угли, сланцы, полукокс, отходы лесоразработок и др. При газификации, проводимой вреакторах, называемых газогенераторами, органическая масса топлива превращается в генераторные газы. Твердый остаток газификации (шлак) представляет собой минеральную часть топлива, т. е. золу. В зависимости от назначения генераторного газа применяют различные виды дутья и получают газ заданного состава.
Представляет интерес возрождение идеи Д. И. Менделеева о подземной бесшахтной газификации каменных углей, Когда газификация протекает в подземном газогенераторе без извлечения топлива на поверхность, т. е. без трудоемких горных работ.
Метод заключается в том» что с поверхности земли к угольному пласту бурятся скважины на расстоянии 25-30 м друг от друга, после чего забои этих скважин соединяются каналом газификации по угольному пласту. Одна скважина предназначена для подвода дутья, а другие — для отвода образующихся газов.
Деструктивная гидрогенизация — это метод прямого получения искусственного жидкого топлива — заменителя нефтепродуктов — из бурых и каменных углей, сланцев и других видов твердого топлива.
Сырьем служат каменные и бурые угли, содержащие в своей массе минимум серы, азота, кислорода, но максимум водорода. Угли подготавливают; дробят, измельчают, обогащают и сушат. Тонко измельченный угольный порошок смешивают с тяжелым маслом. Полученную массу нагревают в автоклавах под давлением в присутствии водорода и катализатора. В этих условиях уголь насыщается водородом — гидрогенизуется. Одновременно с гидрогенизацией происходит расщепление (деструкция) больших молекул, составляющих уголь, в смесь жидких и газообразных веществ с меньшим молекулярным весом. В результате образуются углеводороды (Сn Нm), аналогичные молекулам веществ, составляющих нефть. В зависимости от степени гидрирования можно получить бензин, керосин, дизельное топливо и другие вещества.
3. Переработка нефти
Нефть — основа энергетики и ряда отраслей промышленности. Добытую нефть направляют в трапы и сепараторы. Здесь от нее отделяют попутный газ (дегазация) и подают его на отбензинивание. Пары бензина и газа выделяют либо путем сжатия газа я последующего охлаждения, при котором бензин переходит в жидкое состояние, либо, пропуская газ через специальные поглотители (соляровое масло), из которых бензин затем отгоняют. Отбензяненный сухой газ направляют на компрессорную станцию для последующего использования. После дегазации нефть подают в мерники, где ее освобождают от взвешенных частиц (песка, глины и др.), а затем замеряют. Помимо песка и глины нефтьсодержит воду и соли. Поэтому ее подвергают дальнейшей обработке, обезвоживанию и обессоливанию.
Переработку нефти, в зависимости от качества используемого сырья и характера производимых продуктов, осуществляют разными методами. Все методы нефтепереработки можно разделить на два вида: физические и химические. К первым относится перегонка, ко вторым — крекинг, пиролиз и др.
Перегонка представляет собой процесс разделения нефти как сложной жидкости на отдельные фракции (части). В основе такого процесса лежит метод раздельной конденсации паров веществ, составляющих нефть. Обычно перегонка производится в две стадии. Вначале из нефти под атмосферным давлением выделяют моторное топливо, получая в остатке мазут, а затем под вакуумом мазут перерабатывают.
Перегонка нефти производится на атмосферных или атмосферно-вакуумных установках, состоящих их трубчатой печи 1, ректификационной колонны 2, теплообменников 3, насосов и других аппаратов.