Технологія переробки нафти і газу. Частина 2
Сучасний паливно-енергетична криза вимагає пошуків альтер-нативних методо в раціонального використання традиційних джерел енергії. Вугілля в основному використовують як паливо і як сировину для отри-ня вуглеводнів. В основі процесу сверхкритического екстрагування рідкого палива з кам'яного вугілля лежить явище різкого збільшення літа-честі важких компонентів, що входять до складу останнього. Вперше такі роботи були проведені в Англії.
В умовах аномально високої розчинності летючість органічних со-єднань (важких молекул), що містяться у вугіллі, різко збільшується. Ле-тучесть твердого тіла при певних умовах може збільшиться в 104 разів. Наприклад, в процесі екстракції етиленом при 150С і щодо низ-ком тиску концентрація n-йодохлорбензола досягає 10-2г / л, з збільшен-ням тиску до 10 МПа - 50 г / л, що обумовлено надкритичних перебуваючи-ням (tk = 9, 90C; pk = 5,05 МПа) етилену.
Надкритичне екстракцію зручно використовувати для вилучення рідких утворень у міру їх формування при нагріванні вугілля вище 4000С,
що дозволяє уникнути небажаних реакцій розкладання. При цьому важкі молекули полімеризуються в різні сполуки. Як розчинники зазвичай використовують гази, критичні температури яких близькі до температури розкладання вугілля.
Процес екстракції вугілля цими газами складається з наступних етапів: про-нення газу (в сверхкритическом стані) в мікропори вугілля; ДеПол-мерізаціі довгих молекул і розчинення отриманого продукту в газі; раз-розриву молекулярних зв'язків межд у структурними групами вугілля; дифф узіі екстракту з мікропор; відділення екстракту від розчинника (газу) осадження-му або конденсацією при зменшенні тиску.
Важливими показниками розчинника, обраного для екстракції вуглеводнів з вугілля, є форма і розмір молекул. Так, бензол і тетралін вважаються відносно ефективними розчинниками, хоча діаметр їх молекул може перевершувати діаметр мікропор вугілля. В даному процесі важливий механізм течії газу в сверхкритическом стані через структури вугілля. При додаванні до такого розчинника невеликої кількості полярного розчинника, наприклад спирту до парафінові або ароматичного углер-ду, швидкість екстракції різко збільшується. Полярний розчинник в отли-чие від неполярного значно деполімеризує дію на вугілля. Наприклад, зневоднений гліцерин НЕ екстрагується етиленом або пропаном, але ефективно витягується полярним аміаком.
Для екстракції вугілля іноді доцільно використовувати в якості розчинника газові суміші. Температура екстракції залежить від природи вугілля. При підвищенні тиску екстракції відкриваються пори, збільшується ско-кість дифузії розчинника і вихід розчинених молекул з вугілля.
Ефективність екстракції вугілля визначають фізичні властивості розчинника. Як розчинник використовувалися н - парафіни (від пентану до додекан) щільність 2,75 моль / л при 4000С. Тиск екстракції зменшується зі збільшенням молекулярної маси розчинника (при постійній температурі і щільності), досягнувши мінімуму для нонана, а потім збільшується. Дослідження показали, що додекан щільністю 1,75 моль / л в сверхкритическом стані є чудовим розчинником вугілля: максимальний вихід продукту екстракції в разі його використання досягається при відносно низькому тиску.
Між фізичними параметрами розчинника існує емпірична залежність
, для н-парафінів ця функція описується рівнянням
При d®0 (або d0) вираження (5) і (6) дають близькі значення W. Значення d0 називається екстракційним межею. З порівняння виразів (6) і (5) випливає, що при сверхкритической екстракції вугілля в якості розчинника краще використовувати толуол, ніж парафіни з таким же значенням d.
Встановлено вплив на продуктивність екстракційного процесу значень полярності молекул розчинника (метанолу, етилену, гліколю, ацетону, води) при 4000С. У разі використання метанолу продуктивність екстракції нижче розрахункової. Метанол як розчинник гірше аліфатичних вуглеводнів. При його використанні продуктивність екстракції нижче (20,6%) при більшому тиску (24,57 МПа), ніж при використанні, наприклад, н-нонана (21,2% при 8,78 МПа). Рівняння (5) дає для етиленгліколю завищене значення продуктивності екстракції (27,6%) в порівнянні з досвідченим (24,9%).
А номально низька продуктивність екстракції для полярного раство-розчинника - ацетону при 4000С пояснюється його розкладанням. Вода краще екстрагує вугілля (34%), ніж толуол. Зіставлення ефективності таких розчинів-телеглядачам, як спирти (від метанолу до октанола) і парафіни (від метану до ок-тана), при 4000С показало, що продуктивність екстракції спиртами в 2 рази вище при більш низькому тиску. Але найкращі результати показали суміші полярних і неполярних розчинників, наприклад суміш толуолу з метанолом. Максимальна продуктивність досягається при вмісті в суміші 70% толуолу.
У ряді робіт для перетворення вугілля в газове або рідке паливо в якості-ве розчинника використовувалася вода в сверхкритическом стані. На прак-тику як розчинники вугілля перевірені толуол, хлорбензол, о-ксилол, додекан. Перевага частіше віддають толуолу, так як в умовах екстракції він найбільш стабільний. Екстракцію із застосуванням толуолу проводять при тим-пературі близько 3600С і тиском 11,6-29 МПа. Залежно від тиску продуктивність становить 19-32%.
Таким чином, застосування сверхкритической технології забезпечує ефективне використання існуючих енергетичних джерел, а також розробку нових способів отримання синтетичного палива.