Способы переработки твердого топлива

Как перерабатывают топливо жидкое и твердое

В цепочке получения топлива важное место занимает переработка исходного продукта – нефти. Методы могут применяться химические и физические. К последним относится способ прямой перегонки. Химический путь имеет варианты:

• крекинг термический, каталитический и гидро;
• пиролиз;
• риформинг каталитический.

Выбор метода производства зависит от состава используемого сырья и качества ГСМ, которое хотят получить. Каждый из методов имеет достоинств, недостатки и сопровождается получение различных вторичных продуктов.

Методы переработки топлива в зависимости от агрегатного состояния

Топливо, которое широко используется потребителем, бывает в трех агрегатных состояниях:

Выбор способа, который будет применен для переработки топлива, во многом определяется именно его агрегатным состоянием.

Вещества, которые при сжигании выделяют тепловую энергию, называют топливом. Без него не обходятся ни в одной промышленной отрасли. По происхождению, т.е. по тому, находится ли оно в природе в первозданном виде или его получают переработкой, топливо бывает естественным и искусственным.

Методы переработки жидкого топлива

Для получения жидкого топлива, широко используемого в промышленности и быту, исходным сырьем служит нефть.

Для этого применяют один из двух методов — физический или химический. Первый состоит в перегонке и расщеплении нефти на фракции. Вначале извлекается под давлением моторное масло и мазут. Затем с помощью вакуумной технологии на спецустановке его перерабатывают, получая от 10 до 25 процентов бензина (от общего объема исходного сырья).

Более эффективным является второй метод, позволяющий получить качественного продукта в разы больше. На нефть воздействуют температурой или используют химические элементы (крекинг), что приводит к разделению тяжелых молекул углеводородов. В результате образуются продукты с небольшим молекулярным весом. Таким способом получают бензин, объем которого от общего объема сырья может доходить до 70%.

Основные способы переработки твердого топлива

К твердому топливу относятся: уголь каменный и бурый, антрацит и торф. Для их переработки применяют некаталитическое преобразование, для которого требуется очень высокая температура. В результате распада, на выходе имеют жидкость, твердый остаток и газ.

Всего способов 4:

• полукоксование и коксование;
• деструктивная гидрогенизация;
• газификация.

Уголь, перед отправкой на коксование, подлежит сортировке. Затем дроблению, обезвоживанию и обогащению. Длительность процесса, проходящего в специальных печах – 13-14 часов. Получившийся газ в своем составе содержит ценнейшие составляющие: аммиак, бензол, сероводород и другие. Итоговыми продуктами являются: кокс, смолы, шлак, полукокс, ДТ, керосин, бензин и т.д.

Ценные продукты для промышленности, которые дает переработка

Помимо указанных видов топлива, широкое применение имеет газовое (в промышленности и в быту для обогрева строений). Также без него не обойтись при производстве минеральных удобрений, моющих средств, каучуков, пластмасс. Чтобы превратить газообразное топливо в химическое сырье, необходимо его разделить на узкие фракции или компоненты. Для этого выбирают:

• конденсацию при низкой температуре: охлажденный газ, превратившись в двухфазную систему, разделяется на жидкость и газ;
• абсорбцию, суть которой заключается в извлечении компонентов с помощью жидких охлажденных углеводородов с проведением впоследствии десорбции;
• ректификацию низкотемпературную, предполагающую охлаждение газа под высоким давлением, выделение конденсата и их разделение.

Качественная переработка дизельного топлива от лучших заводов

Сложный процесс получения ДТ, еще и очень затратный, поскольку нуждается в постоянной модернизации, ремонте и замене оборудования. Поэтому проходит он на крупных нефтеперерабатывающих заводах, где строго соблюдаются технологии производства, производится многоступенчатый контроль качества на всех этапах:

• первичной обработки: обезвоживание исходного сырья, удаление механических включений, разделение на фракции (ректификация);
• вторичной: изменение химсостава, процентного содержания углеводородов с применение каталитического или термического крекинга, удаление серы;
• смешивание компонентов топлива, добавление (в случае необходимости) различных присадок.

В России крупнейшим производителем топлива является московский НПЗ. Всего же крупных заводов по переработке нефти в стране 32 (правда, некоторые в настоящее время работают не на полную мощность). Помимо них имеется много мини-НПЗ. Во времена Союза при их строительстве исходили из 2 факторов:

• минимизировать затраты на транспортировку (заводы строили в непосредственной близости к месту добычи нефти);
• близость к району потребления.

Сегодня продукция заводов предназначена не только дл внутреннего потребления, но также для экспортирования в другие страны.

Производство нефтепродуктов с помощью прямой перегонки

Природная нефть состоит из спектра углеводородов, отличающихся строением и температурой кипения, поэтому фракции не сложно разделить и сконденсировать, получив бензин, керосин, мазут и пр.

Такой процесс называется прямой перегонкой нефти. Сырье с помощью мощных насосов непрерывно поступает на нефтеперерабатывающий завод, что обеспечивает непрерывность процессу. Оно закачивается в трубчатые печи, нагревается до 350 градусов, направляется в ректификационную колонну, где и происходит процесс разделения на фракции. Тяжелый мазут остается снизу, а легкие пары углеводородов поднимаются вверх, где происходит пофракционный отбор.

Процесс термического крекинга

Этот процесс относится к химической переработке нефти. Он позволяет молекулы расщеплять на легкие или более твердые части с получением в конечном итоге фракций бензиновых, дизельных и керосиновых.

Крекинг термический подразделяется на парофазный и жидкофазный. Для первого температура нагрева составляет 550 градусов, но давление невысокое. Сегодня метод практически не используется из-за низкой эффективности и большого числа, содержащихся в конечном продукте, примесей.

Наиболее широко применяют крекинг жидкофазный. Он заключается в нагреве исходного сырья до 500 градусов под давлением до 50 ат. Авиационный керосин и бензин, ДТ получаются высококачественными, соответствующие всем нормам.

Каталитический крекинг

Новый способ, предполагающий использование катализаторов. Температура, при которой процесс протекает, как и при термическом крекинге, высокая, но давление приближено к атмосферному. Отличием являются катализаторы – алюмосиликаты, благодаря которым идет процесс изомеризации. Как следствие, фракции получаются химически более устойчивыми.

Доля получаемого бензина составляет до 78% от общей массы сырья. Качество его высокое, примесей мало. При этом, бензин устойчив к детонациям, что крайне важно, учитывая область его использования.

Гидролитический крекинг

Способ можно считать разновидностью каталитического крекинга. Он протекает также при температуре 500 градусов, давлении порядка 200 атмосфер, но расщепление происходит с использованием водорода. Катализаторами выступает платина и вольфрам. Используется метод для получения топлива для турбореактивных двигателей.

Методы утилизации топлива

В ДТ присутствуют опасные вещества, поэтому возникает необходимость в его утилизации — избавлении от опасных компонентов или полном восстановлении для дальнейшего использования.

Также это делать необходимо в случае аварий, при низком качестве топлива и пр. Законодательством категорически запрещен самопроизвольный слив дизельного топлива.

Способов утилизации несколько:

• механический: перемешанное горючее разделяют на воду и твердый остаток, из которого затем выделяют нефтепродукт;
• термический: специальным электрополем полностью уничтожают топливо;
• биологический: разлагают подлежащее утилизации топливо на углекислый газ и воду при помощи специальных микроорганизмов;
• экстракционный: растворяют полностью в органических растворителях;
• полная переработка: из ДТ выделяют фракции кокса, товарной нефти, кокса, топлива, применяемого для печного отопления.

Чем опасны отходы ДТ?

Отходы ДТ относится к группе опасных веществ (3 класс опасности). При попадании на кожу, они могут вызвать сильное раздражение, даже ожоги, привести к воспалению слизистых. Разлитое на землю, оно наносит вред экосистеме (ученые выяснили, что пары ДТ токсичнее, чем бензиновые).

Присутствуют в составе также:

• радиоактивные элементы;
• нервные яды, которые вызывают наркотический эффект, возбуждающее действие (меркаптаны);
• диоксид серы и альдегиды;
• угарный газ и соединения металлов.

У человека они могут вызывать сильнейшие головные боли, рвоту, судороги. Поэтому, сохранить свое здоровье и защитить окружающую среду, отходы обязательно подлежать утилизации.

Как проходит переработка дизтоплива?

Иногда, по разным причинам, топливо получается низкого качества. В таком случае, его отправляют на переработку. Она также потребуется, если:

• на предприятии произошла авария;
• оно загрязнено;
• обнаружены недопустимые примеси;
• топливо неправильно хранилось.

Переработка – процесс непростой. Это целый комплекс работ, включающий:

• сбор в металлические бочки (емкости);
• доставку к месту утилизации;
• переработку (нейтрализацию опасных составляющих);
• получение документов, подтверждающих проведение утилизации.

Источник

Переработка твердого топлива

Методы переработки твердого топлива основаны на гетерогенных, главным образом некаталитических, процессах в системах Т-Г, Т-Ж-Г и многофазных, осуществляемых при высоких температурах. При нагрева­нии в различных условиях каменный уголь и другие виды твердого топли­ва претерпевают сложные изменения, ведущие к образованию новых твер­дых, жидких и газообразных продуктов. Методы высокотемпературной переработки твердого топлива можно разделить на три основных направ­ления: пиролиз, газификация и гидрогенизация.

Пиролиз — это нагревание топлива в закрытых реакторах без дос­тупа воздуха, сопровождаемое глубокими деструктивными, химическими превращениями компонентов топлива. Химические превращения при пи­ролизе — это в основном расщепление крупных молекул и вторичные пре­вращения продуктов расщепления — их полимеризация, конденсация, деалкилирование, ароматизация и др. В зависимости от назначения получае­мых продуктов пиролиз проводят в различных интервалах температур. Низкотемпературный пиролиз, называемый полукоксованием, осуществляют при нагреве топлива до конечной температуры 500-580°С, а высокотемпературный пиролиз, называемый коксованием, — при на­гревании до 900-1050°С.

Первичными продуктами коксования являются твердый остаток — кокс и летучие вещества — коксовый газ. Сырьем для коксования служат кок­сующиеся угли, способные при 350-400°С переходить в пластичное со­стояние и дающие прочный и пористый металлургический кокс. Для кок­сования применяют смеси (шихты), составленные не только из коксую­щихся углей, но и из углей других марок.

По масштабам производства коксование занимает первое место среди существующих методов переработки топлива. Масштабы коксования оп­ределяются мощностью черной металлургии — выплавкой чугуна, потреб­ляющей около 80 % кокса, и литейным производством.

Коксование — производство, основанное на полном комплексном использовании всех компонентов сырья — каменного угля. Коксо­химическая промышленность одновременно с коксом вырабатывает сотни химических продуктов, полупродуктов и мономеров — сырье химической промышленности. Из коксуемой шихты получается в среднем (%): кокса — 65-80; смолы — 3-5; сырого бензола — 1-1,1; сульфата аммония — 1-1,2; коксового газа — 15-18 (310-340 м 3 на 1 т сухой шихты).

Газификация — это превращение органической части твердого топлива в горючие газы путем неполного окисления воздухом, водяным паром или их смесями в газогенераторах при температуре около 1000°С.

Гидрогенизация (гидрирование) — это обработка топлива во­дородом при высоких температурах и давлении в присутствии катализато­ров; при гидрогенизации происходит превращение исходного топлива в новые жидкие, газообразные и твердые продукты, обогащенные водоро­дом.

Так как в мировом топливном балансе повышается роль твердого топ­лива, то во всем мире разрабатывают методы (а также происходит возрож­дение прежних методов на новой основе) получения из углей и сланцев дешевого жидкого и газообразного топлива, а также химического сырья.

Контрольные вопросы к теме IХ

«Переработка углеродсодержащего сырья»

1. На какие классы подразделяются нефти по составу?

2. Из чего состоят углеводородная, неуглеводородная и минеральная части нефти?

3. Какие вещества называются нефтепродуктами? Перечислите ос­новные из них.

4. Приведите общую схему переработки нефти.

5. Для чего проводятся операции стабилизации, обессоливания и обезвоживания добытой нефти?

6. Какие процессы нефтепереработки называются первичными и вто­ричными?

7. Что является целью прямой гонки нефти?

8. Какие превращения претерпевают углеводороды различных клас­сов при крекинге нефтепродуктов?

9. Что характеризует стабильность углеводородов в процессе крекин­га и как она зависит от температуры и сложности молекулы угле­водорода?

10. В чем преимущества каталитического крекинга перед термичес­ким?

11.Что такое гидрокрекинг и где он используется в нефтепереработ­ке?

12.Что такое риформинг нефтепродуктов?

13.Чем отличается облагораживание бензина (повышение октаново­го числа) от ароматизации (синтез индивидуальных углеводородов)?

14. С какой целью и как проводится очистка нефтепродуктов?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник