Спосіб одержання рідкого палива з твердої вуглецевої сировини

Изобретение относится к области органического синтеза и может быть использовано при получении синтетического жидкого топлива. Сущность технологии заключается в экспериментально установленной и промышленно опробованной возможности превращения бедных водородом и низкосортных видов твердого углеродного топлива, в высококачественное богатое водородом "жидкое и газообразное топливно-энергетическое сырье, Уровень техники характеризуется аналогом и прототипом Известен способ получения жидкого топлива из твердого углеродного сырья за счет ожижения углей и сланцев путем присоединения к ним свободного водорода. При этом уголь или горючий сланец предварительно размалывают в порошок и перемешивают с тяжелым маслом и другими тяжелыми фракциями переработки нефтяного сырья. Эту смесь, называемую угольной пастой, подают в гидрогенизационную камеру, через которую продувают свободный водород. Затем смесь угольной пасты и водорода подают в нагревательную печь, где при температуре около 500°С молекулы угольного вещества расщепляются и к их осколкам присоединяется свободный водород. В результате образуются углеводороды, из которых путем дальнейшей переработки получают бензин и другие виды моторного горючего, котельное топливо и сырье для органического синтеза (1). Недостатком известного способа является необходимость использования нефтяного СЫРЬЯ. Известен способ получения жидкого топлива из твердого углеродного вещества, включающий его газификацию и полукоксование, генерацию водорода, получение угольной (сланцевой) пасты из растворителя и измельченного твердого углеродного вещества и гидрогенизацию последней при температуре 400-500°С и давлении водорода 10-50 Па в присутствии серостойких катализаторов и ингибиторов реакций радикальной полимеризации с последующей переработкой ожиженных продуктов методами, применяемыми в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, при этом в качестве растворителя используют первичные смолы, получаемые при полукоксовании (2). Известному способу присущи следующие недостатки. Во-первых, он недостаточно универсален, так как его посредством могут быть ожижены только бурые угли и каменные угли низких стадий метаморфизма (длиннопламенные. газовые). Во-вторых, получаемое синтетическое топливо характеризуется недостаточно высоким качеством в связи с преобладанием в его составе углеводородов метанового ряда. Предлагаемый способ решает задачу повышения октанового числа жидкого топлива. Заявляемый способ получения жидкого топлива из твердого углеродного сырья включает получение угольной (сланцевой) пасты из измельченного твердого, углеродного вещества и растворителя, генерацию водорода, гидрогенизацию пасты в присутствии водорода, серостойких катализаторов и органических добавок, ингибирующих реакции радикальной полимеризации, а также переработку ожиженных продуктов в моторное горючее, котельное топливо и сырье для органического синтеза. Поставленная выше задача решается тем, что в качестве растворителя используют инден-кумароновую смолу, для гидрогенизации используют водород, полученный из коксового газа или шахтного метана. Предлагаемый способ характеризуется новизной, так как не является частью уровня техники и на дату подачи заявки не описан в научно-технической и патентной литературе, а также не известен из других первоисточников. Все известные технологические аналоги исходят из того, что для получения жидкого топлива пригодны только каменные угли низких стадий метаморфизма (длиннопламенные и газовые). Используемая в предложенном способе инден-кумароновая смола является продуктом переработки (коксования) спекающихся марок углей (ГЖ, Ж, КЖ, К, К2. ОС и СС) средних стадий метаморфизма. Следовательно, данный способ для специалиста явно не вытекает из уровня техники, т.е. он соответствует критерию изобретательского уровня. Предложенный способ промышленно пригоден, так как может быть использован в промышленности для получения синтетического жидкого топлива, Достаточно сказать, что в долгосрочных прогнозах развития структуры первичных энергоресурсов предполагается, что уже в первой половине XXI столетия около половины добываемого ископаемого угля будет перерабатываться в жидкое топливо. Таким образом, предложенный способ соответствует всем трем основным критериям изобретения новизне, изобретательскому уровню и промышленной пригодности. Следовательно, он подлежит правовой охране и должен быть защищен патентом. Отличительные признаки способа существенны, так как именно их наличие способствует решению поставленной задачи. Во-первых, инден-кумароновая смола и коксовый газ являются продуктами коксования углей средних стадий метаморфизма. Это резко расширяет сырьевую базу исходных твердых горючих полезных ископаемых: в производство жидкого топлива вводятся марки углей от ГЖ до СС включительно. Заявляемый способ в качестве источника водорода предлагает также использование шахтного метана. Это также расширяет исходную сырьевую базу, так как геологические запасы этого газа только в углях Донбасса составляют 2,5 трлн. м3, Во-вторых, использование инден-кумароновой смолы повышает качество получаемого синтетического жидкого топлива. Дело в том. что в отличие от других типов первичных смол инден-кумароновая смола обогащена структурами ароматического типа. Ароматические углеводороды, как известно, характеризуются наиболее низкими детонационными свойствами. Поэтому, например, бензины, полученные с использованием инден-кумароноврй смолы, имеют самое высокое октановое число. В-третьих, по сравнению с другими типами синтетических газов (воздушный, воздушно-кислородный, водяной) коксовый газ и шахтный метан в максимальной степени обогащен водородом (содержит до 60% водорода и около 25% метана), что также повышает октановое число получаемого топлива. Технологическая схема реализации заявляемого способа представлена на чертеже. Эта схема включает следующие основные узлы: емкость с исходным твердым углеродным сырьем 1. коксовую батарею 2. газгольдер 3. генератор водорода 4, установку по производству угольной (сланцевой) пасты 5, гидрогенизационную камеру 6 и установку по переработке жидкого продукта 7, Узлы соединены коммуникациями: подачи исходного сырья 8. коксового газа 9. метана 10, газовой смеси 11, водорода 12. первичной смолы 13, пасты 14, жидкого продукта 15, катализатора 16 и органической добавки (ингибитора) 17. Основными продуктами процесса являются: кокс 18, шлам 19, агрессивные газы (NН3, H2S) 20. бензин 21, керосин 22, дизельное и котельное топливо 23. сырье для химического синтеза (фенолы, крезолы и др.) 24. В батарее 2 при коксовании углей и при мокром способе тушения (охлаждения) Спекшейся массы в среднем образуется на 1 т исходного сырья: кокса - 720. каменноугольной смолы - 50, аммиачной воды - 60 кг и первичного газа - 150 кг. Каменноугольную (инден-кумароновую) смолу 13 в установке 5 смешивают с угольной или сланцевой пылью, поступающей по коммуникации 8 из емкости 1. Туда же по коммуникациям 16 и 17 вводят катализатор и органическую антипрлимеризационную добавку. При использовании 50 кг смолы образуется около 400-500 кг угольной (сланцевой) пасты. Полученный первичный газ по коммуникации 9 поступает в специальную емкость -газгольдер 3, работающий при давлении до 3 МПа, Туда же по коммуникации 10 может подаваться и шахтный метан. Из емкости 3 по газопроводу 11 газ поступает в генератор 4, где в присутствии катализаторов продуцируется свободный водород, затем по трубопроводу 12 подаваемый в гидрогенизационную камеру 6. При использовании шахтного метана водород может быть получен конверсией с водяным паром: В камере 6 протекает основной процесс ожижения топлива. Он включает следующие основные реакции: гидрирование высокомолекулярных, веществ с присоединением водорода, их расщепление на низкомолекулярные, изомеризацию (перестройку углеродного скелета), восстановление кислородных, сернистых и азотистых соединений. В результате этих реакций образуются твердые, газообразные и жидкие продукты превращения угольной (сланцевой) пасты: шлам 19. газы 20 (аммиак, сероводород) и синтетическое жидкое топливо, по коммуникации 15 поступающее в установку 7. Здесь оно перерабатывается методами, применяемыми в нефтепереработке и нефтехимии, с получением моторного горючего 21 и 22, дизельного и котельного топлива 23 и сырья для органического синтеза 24. При изложенном выше способе ожижения углей около 85-90% углерода, содержащегося в них, переходит в жидкое топливо, т.е. из 1 т горючей массы углей может быть получено 850-900 кг синтетического жидкого топлива.