Деструктивная гидрогенизация углей и нефтяных остатков: на примере завода гидрирования комбината № 18

По величине своих запасов уголь преобладает над остальными видами органических полезных ископаемых и является наиболее перспективным источником для производства искусственных топлив. В первой половине XX века переработка угля в синтетическое топливо и сырье для химической промышленности, в основном, осуществлялась в странах, не имеющих собственных запасов нефти.

В настоящее время Россия владеет огромными запасами угля, как энергетического, используемого в качестве топлива на тепловых станциях, в жилищно-коммунальном хозяйстве, так и коксующегося — сырья для доменных печей и коксохимических установок. Балансовые запасы угля России [1] превышают 200 млрд. т., что обеспечивает потребность в них по крайней мере в течение более 200 лет.

Впервые промышленная реализация гидрогенизации углей была осуществлена Ф. Бергиусом в Мангейм-Рейнау в 1917 году [2]. На этой установке уголь гидрировали под высоким давлением без использования катализатора. Поскольку экономически этот процесс оказался невыгодным, через несколько лет установка была законсервирована. С 1924 по 1927 год IG Farbenindustrie разрабатывает метод каталитической гидрогенизации и в Лейна-Верке строится первая установка по каталитическому гидрированию бурого угля, мощность которой по синтетическому бензину в 1938 году составила 350 тыс. т/год.

Идея углесырьевого варианта технологической схемы производства искусственных жидких топлив (ИЖТ) в СССР уходит корнями в начало 30-х годов. Великая Отечественная война нарушила планы СССР в области создания индустрии ИЖТ, хотя к идее переработке угля в ИЖТ вернулись еще до окончания войны.

После окончания Великой Отечественной войны отдельные заводы Германии по производству ИЖТ оказались в зоне, занятой советскими войсками.

На основе немецких предприятий в СССР планировалось построить три гид-рогенизационных завода, один из которых был заложен в Башкирии.

Последующее открытие новых месторождений нефти и снижение стоимости нефтяных топлив, исследования и разработка процессов получения синтетических топлив из угля временно потеряли свою актуальность. Последующий энергетический кризис 70-х годов XX века дал очередной толчок развитию гидрогенизации углей, что привело к разработке относительно новых процессов [3−7], различающихся технологическими условиями, подготовкой исходного сырья, использованием различных типов катализаторов, последующей переработкой продуктов гидрогенизации и т. п.

Интерес к подобному квалифицированному использованию углей, сланцев и тяжелых нефтяных остатков, как правило, обостряется в периоды истощения других источников энергии или возникновения повышенной потребности в топливах или продуктах химической промышленности [1]. Одним из таких периодов является приближающийся энергетический кризис, связанный с истощением залежей нефти и газа. Это объясняет возобновившийся интерес к развитию процессов переработки угля и тяжелых нефтяных остатков [8].

Актуальность темы

.

Важнейшую роль в современном производстве топлив играют гидроге-низационные процессы преобразования ископаемого органического сырья по масштабам применения занимающие первое место среди каталитических производств. Исходными предпосылками развития процессов гидрогенизации являлась необходимость переработки самых неблагоприятных видов сырья — углей, сланцевых смол, тяжелых остатков с целью получения более легких соединений. Интенсивность исследований и разработок процессов гидрогенизации горючих ископаемых определяется стратегическими и технико-экономическими предпосылками определенного исторического периода. Современный период характеризуется истощением запасов и удорожанием добычи нефти и, как следствие, реальной возможностью наступления очередного энергетического кризиса. Возврат к уже известным технологиям, но современного уровня получения искусственных жидких топлив (ИЖТ), в том числе и деструктивной гидрогенизацией углей, сланцев и тяжелых нефтяных остатков, является весьма своевременным и актуальным, учитывая их значительные разведанные запасы и экономическую выгоду более квалифицированного их использования.

Исследование этапов развития и разработки технологии деструктивной гидрогенизации углей в первой половине прошлого века, анализ предпосылок создания, основных стадий проектирования, строительства и пуска гид-рогенизационного производства на комбинате № 18 и в настоящее время является актуальным, поскольку представляет определенный интерес не только для исторической науки, но и для современных специалистов по технологии горючих ископаемых. Это вопросы совершенствования существующих и разработка новых процессов гидрогенизационной переработки тяжелого органического сырья.

Цель и задачи исследования

.

— исследование и систематизация основных этапов разработки и промышленной реализации процессов деструктивной гидрогенизации углей, смол и тяжелых нефтяных остатков в первой половине двадцатого века;

— исследование предпосылок возникновения, строительства и пуска завода гидрирования и смежных производств на комбинате № 18 (ныне ОАО «Сала-ватнефтеоргсинтез»);

— анализ архивных и других историко-технических документов, свидетельствующих об особенностях формирования структуры комбината и места завода гидрирования в этой структуре;

— исследование технологической реализации основных стадий деструктивной гидрогенизации и изменение схемы завода гидрирования в соответствии с эволюцией основных целей и производств комбината;

— анализ организации производства водорода на комбинате № 18 газификацией бурых углей и конверсией газов.

Научная новизна.

Впервые систематизированы и обобщены технологические схемы деструктивной гидрогенизации горючих органических ископаемых в первой половине прошлого века.

Впервые на основе изучения архивных и документальных материалов выполнен анализ основных этапов проектирования, строительства, пуска и реконструкции завода гидрирования в составе комбината № 18.

Впервые обобщены и систематизированы сведения по организации НИР и поставок оборудования для завода гидрирования.

Проанализированы причины изменения технологической схемы завода гидрирования в ходе строительства и его последующей переориентации с деструктивной гидрогенизации тяжелых нефтяных остатков на гидрооблагораживание товарных нефтепродуктов.

Практическая значимость работы.

Материалы диссертационной работы используются при чтении лекций студентам специальностей «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» и «Химическая технология органических веществ» Уфимского государственного нефтяного технического университета, а также студентам специальности «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и направления подготовки бакалавров «Защита окружающей среды» Уфимской государственной академии экономики и сервиса.

Апробация работы.

Результаты работы были представлены на VI, VII, VIII международных научных конференциях «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (Уфа, 2005, 2006, 2007), всероссийской научно-практической конференции «Уралэкология. Природные ресурсы — 2005» (Уфа, 2005), всероссийской научно-практической конференции «Организация территории: статика, динамика, управление» (Уфа, 2006), межвузовской научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (Уфа, 2006), всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы химической технологии и подготовки кадров» (Стерлитамак, 2006), IV республиканской научно-практической конференции «Научное и экологическое обеспечение современных технологий» (Уфа, 2007), IV международной научно-технической конференции «Инновации и перспективы сервиса» (Уфа, 2007), первой всероссийской научно-технической конференции «Альтернативные источники химического сырья и топлива» (Уфа, 2008).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 17 научных трудов, в том числе 1 монография. 4 статьи опубликованы в ведущих изданиях в соответствии с перечнем ВАК РФ.

Объем и структура работы.

Диссертация изложена на 139 стр. машинописного текста, включая 10 таблиц, 24 рисунка и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованной литературы из 254 наименований.

Выводы.

1. Впервые на основе анализа архивных и технических документов систематизированы основные этапы разработки и промышленной реализации процессов деструктивной гидрогенизации каменных и бурых углей, сланцев, угольных и сланцевых смол и тяжелых нефтяных остатков. Совершенствование технологии деструктивной гидрогенизации в первой половине двадцатого века было направлено на разделение стадий процесса, поиск высокоэффективных катализаторов, снижение давления и расхода водорода.

2. Исследованы основные этапы проектирования, строительства и пуска завода гидрирования комбината № 18. Рассмотрены особенности формирования структуры комбината и место завода гидрирования в этой структуре в 1948;1958 гг. Причинами изменения технологической схемы завода гидрирования в ходе строительства и его последующей переориентации с деструктивной гидрогенизации первоначально углей, затем тяжелых нефтяных остатков на гидрооблагораживание товарных нефтепродуктов являлось изменение топливно-энергетической структуры СССР, открытие новых месторождений нефти, в частности, в Башкирии.

3. Впервые обобщены и систематизированы сведения по организации научно-исследовательских работ по заказу комбината № 18 в 1950;1954 гг. Показано, что все НИР того периода выполнялись исключительно для объектов первой очереди: завода гидрирования и газового завода.

4. Изучены и проанализированы вопросы организации, строительства и пуска производства водорода для завода гидрирования на комбинате № 18 газификацией Бабаевских бурых углей и конверсией газов. Отказ от газификации угля и переход на производство водорода конверсией газов был вызван техническими трудностями и нерентабельностью газификации по сравнению с конверсией введенеевского природного газа.

5. Впервые комплексно рассмотрена организация приема и ремонта оборудования особых поставок на комбинате № 18, предназначенного для завода гидрирования. Проведен анализ работы предприятий, занятых ремонтом и восстановлением аппаратуры высокого давления и другого оборудования. Показано, что репарационное оборудование высокого давления было основой материальной базы строительства завода гидрирования.

6. Проведен анализ возможного развития производства гидрирования сернистых мазутов в 1955;1960 гг. Основными причинами свертывания деструктивной гидрогенизации были высокая стоимость топлив получаемых этим методом, резкое увеличение добычи и удешевление переработки нефти в Башкирии в 60-х гг., а также возможность более рационального использования высвободившегося оборудования высокого давления на производстве минеральных удобрений.