Гидрогенизация

ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ (от позднелат. hydrogenium — водород * а. hydrogenation; н. Hydrierung, Kohlenverflussigung; ф. hydrogenation; и. hidrogenacion), деструктивная гидрогенизация, — совокупность химических процессов, происходящих при воздействии водорода на органические вещества. В топливоперерабатывающей промышленности гидрогенизацию применяют для получения из твёрдых горючих ископаемых (угли, сланцы), а также низкосернистых нефтей и тяжёлых нефтяных остатков моторного горючего, смазочных масел и химических продуктов. Гидрогенизация твёрдого топлива является универсальным методом получения из него синтетического жидкого топлива. Гидрогенизация — важный резерв для замены сырой нефти горючими сланцами, битумами, углями.

Развитие исследований в области гидрогенизации относится к 1897-1900, когда П. Сабатье (Франция) и Н. Д. Зелинский (Россия) со своими учениками разработали основы гидрогенизационного катализа органических соединений. Влияние давления водорода на ускорение реакций гидрогенизации органических соединений было установлено в начале 20 века В. Н. Ипатьевым. Промышленное применение гидрогенизация твёрдого топлива впервые получила в 30-40-х гг. в Германии. Перед 2-й мировой войной 1939-1945 установки по гидрогенизации угля и угольных смол работали также в Великобритании, Италии, Корее; в СССР были построены 2 опытных завода. В послевоенный период гидрогенизацию применяли в основном для переработки нефтяного сырья. Начиная с 60-х гг. ведутся работы по гидрогенизации твёрдого топлива с целью создания экономически эффективных процессов производства синтетических жидких топлив.

При гидрогенизации происходит ожижение исходного продукта и насыщение его водородом. При этом параллельно-последовательно протекают разнообразные реакции, в том числе гидрирование с присоединением водорода, расщепление гидрированных высокомолекулярных веществ на низкомолекулярные, изомеризация, восстановление кислородных, сернистых, азотистых соединений, сопровождающееся отщеплением от них гетероатомов и образованием воды, сероводорода, аммиака. В результате гидрогенизации высокомолекулярные органические вещества превращаются в смесь низкомолекулярных соединений, насыщенных водородом. В зависимости от условий процесса и глубины превращения органической массы исходного твёрдого топлива гидрогенизация позволяет превращать его в высококачественное моторное горючее (бензин, дизельное и реактивное топливо), котельное топливо и сырьё для органического синтеза, в том числе моно- и полициклические ароматические углеводороды, фенолы, азотистые основания и др.

Для процесса гидрогенизации пригодны твёрдые горючие ископаемые, в которых отношение С : Н колеблется от 8 до 16, а выход летучих веществ на горючую массу не ниже 35-36%. Наибольший выход жидких продуктов достигается при гидрогенизации углей невысокой стадии метаморфизма (бурых, газовых, длиннопламенных). Первой ступенью технологии гидрогенизации твёрдого топлива является жидкофазная гидрогенизация. Она осуществляется при температуре 400-500°С, давлении водорода 10-70 Па в присутствии серостойких катализаторов и растворителя. Последним могут служить жидкие продукты, образующиеся в самом процессе. Технологическая схема жидкофазной гидрогенизации твёрдого топлива включает основные узлы: приготовление топливно-масляной пасты, гидрогенизацию пасты, переработку продуктов процесса. Жидкие продукты первой стадии перерабатываются в последующих ступенях процесса путём парофазной гидрогенизации методами, применяемыми в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (гидроочистка, гидрокрекинг, риформинг).

В СССР разработан процесс гидрогенизации угля для получения моторного горючего, котельного топлива и химикатов. Процесс осуществляется при температуре 420-430°С, давлении водорода 10 Па, в присутствии активных катализаторов, растворителя и органических добавок — ингибиторов реакций радикальной полимеризации. В зависимости от исходного сырья выход жидких продуктов 85-95% (технологическая схема процесса дана на рис.).

В США, Великобритании, ФРГ разрабатывается ряд процессов по гидрогенизации угля с катализатором и без катализатора, под давлением водорода 1-7 и 15-30 Па, температуре 400-500°С, а также экстракции угля растворителями с последующей гидрогенизацией экстрактов. Исследования по гидрогенизации твёрдого топлива и тяжёлых нефтяных остатков ведутся в Японии, Индии, Австралии, Польше и др.