1.3 Көмірді гидрогендеу арқылы сұйық өнімдер алудың негізгі технологиялық процестері

Көмірді сұйық фазада гидрогендеу жұмыстары алғаш рет Германияда жүзеге асырылған. Екінші дүние жүзілік соғыс жылдарында және оның алдында жасанды сұйық отын өндірісі жылына 4 млн. тоннаға жетіп, 14 зауыт жұмыс істеген [24]. 1955 жылдан бері Оңтүстік Африка Республикасында күлділігі жоғары, құны арзан көмірді газификациялау арқылы жасанды бензин, дизель отыны және органикалық синтездің жартылай өнімдері өндіріледі.

Мұнай мен газдың жетіспеушілігінен және құнының қымбаттауынан 1973 жылдың соңында басталған «энергетикалық дағдарыс» көмірді, мұнай қалдықтары мен ауыр майларды гидрогендеуге арналған жұмыстарға қызығушылықты тудырды. Қарқынды зерттеулер АҚШ пен Жапония мемлекеттерінде жүргізілді. Соңғы жылдары осы сала бойынша зерттеу жұмыстарының көлемі арта түсуде. Ұлыбритания, АҚШ, Жапония сияқты мемлекеттерде көмірден жасанды сұйық отын өндіруге арналған процестерді жасау бойынша арнайы мемлекеттік бағдарламалар жүзеге асырылуда. Сондай-ақ жүйелі түрдегі жұмыстар Польша, Австрия, Үндістан, Қытай, Ресей және басқа да мемлекеттерде жүргізілуде.

Көмірден сұйықөнімдер алу технологиялары бір-біріне ұқсас және сутек қысымында катализатор (FeSО₄, WS₂, Co-Mo, Mo) қатысында немесе катализаторсыз донорлы еріткіштерде көмірді ерітуге арналған екінші дүние жүзілік соғысқа дейінгі неміс технологияларын қайталайды. Мұнай мен газдың жетіспеушілігінен және құнының қымбаттауынан 1973 жылдың соңында басталған «энергетикалық дағдарыс» көмірді, мұнай қалдықтары мен ауыр майларды гидрогендеуге арналған жұмыстарға қызығушылықты тудырды. Қарқынды зерттеулер АҚШ пен Жапония мемлекеттерінде жүргізілді. Соңғы жылдары осы сала бойынша зерттеу жұмыстарының көлемі арта түсуде. Ұлыбритания, АҚШ, Жапония сияқты мемлекеттерде көмірден жасанды сұйық отын өндіруге арналған процестерді жасау бойынша арнайы мемлекеттік бағдарламалар жүзеге асырылуда.

Әдеби деректерде келтірілген көмірді гидрогендеуге арналған маңызды процестер 6-кестеде жинастырылған.

6-кесте – Көмірді гидрогендеу арқылы сұйықөнімдер алудың негізгі технологиялық процестері

Процесс, жасаушы мемлекет	Жа-сау жыл-дары	Реактор қуатты- лығы, т/тәулік	Қы-сым, МПа	Ката-лиза-тор	Мақсатты өнім	Қатты компонент-терді бөлу әдісі
JG «Farbenin-dustrie», Германия	1937-1945	500-600	27-70	FeSO4	мотор отыны	Айдау мен центрифугалау
«Nippon Tiso», Жапония	1950	100	24	-	мотор отыны, хим. өнімдер	Центрифу- галау
«Bureau of Mines», АҚШ	1949-1953	200	70	-	дистиллят-тар	Дистилляция, центрифугалау
«Union Сarbi-de», АҚШ	1952-1956	300	41	белгі- сіз	химиялықөнімдер	Дистилляция
«Solvent Re-fined Coal-SRC», АҚШ	1962-1947	6-50	7-14	жоқ	қазандық отын	Сүзу, вакуумдық айдау
H-Coal, АҚШ	1964-1983	3; 600	18,5	Al-Co-Mo	қазандық отын, дис-тилляттар	Үздіксіз сүзу, кокстеу
«Exon Donor solvent EDS», АҚШ	1966-1980	1-250	17	Al-Co-Mo	Май, газдар	Үздіксіз сүзу
«Catalitic International» АҚШ	ж/к	0,25	10	жоқ	Экстракт, қазандық отын	Тұндыру
«Universal Oil Products», АҚШ	ж/к	6	18,6	жоқ	қазандық отын	Айдау, антиеріткішпен гидрогенизатты деминерализациялау
Экстрак-циялау, Ұлыб- ритания	ж/к	Белгісіз	20	белгі-сіз	экстракт	Сүзу
Neue Deuts-che Techno-logie – NDT, Германия	1981 ж/к	200	30	Feката-лиза-торы	дистиллят	Дистилляция, шламды ыстық күйде циркуляциялау әдісі
NDT, Германия	1983 ж/к	200	30	FeSO4	экстракт	Сүзу

6 – кестенің жалғасы

Процесс, жасаушы мемлекет	Жа-сау жыл-дары	Реактор қуатты- лығы, т/тәулік	Қы-сым, МПа	Ката-лиза-тор	Мақсатты өнім	Қатты компонент-терді бөлу әдісі
Карбохимия институты, Польша	1972 ж/к	1,2	25	Co-Mo	экстракт	Сүзу
“Saarberg”, Германия	ж/к	0,25	30	FeSO4	моторлы отын	Центрифугалау
ЖКИ, Ресей	1985 ж/к	5	10-7	Fe-Mo	моторлы отын	Центрифугалау, сүзу
NBCL, Жапо-ния және Австралия	1985-1990	50	15-18	FeS2	дистил-ляттар	Центрифугалау, сүзу
НЭДОЛ, Жапония	1988 ж/к	150	15-20	FeS2	дистил-ляттар	Тұндыру, дистилляция
Австралия	ж/к	0,1	14,7	Ni-Mo/ Al2O3	дистил-ляттар	Дистилляция
ОСжКИ, Казақстан	1990-1995	жоба 200	20	Fe2O3, FeS2	дизельді отын	Сүзу
ЖХТмМ ҒЗИ Казақстан	1998-2001	жоба 200	4-5	Табиғибоксит-тер	дизельді отын	Дистилляция

6-кесте мәліметтері бойынша химия өнеркәсібіүшін шикізат пен отын алу мақсатында көмірді гидрогендеу процестері АҚШ-да қарқынды дамыған. Қазіргі кезеңдегіғылыми-зерттеу жұмыстары екі мәселені шешуге бағытталған: осы саладағы жасалынған технологияларды одан әрі жетілдіру мен процестіңөнімділігін бірнеше есе арттыратын немесе процесс құнын арзандататын жаңа катализаторларды іздестіру.Сондай-ақ жүйелі түрдегі жұмыстар Польша, Австрия, Үндістан, Қытай, Ресей және басқа да мемлекеттерде жүргізілуде.

Катализатордың көмірдің минералды бөлігімен араласатындығын ескеріп, салыстырмалы түрде активтілігі аз, құны арзан катализаторларды қолданған тиімді.

Көмірді гидрогендеу технологиясын жасауда маңызды мәселелердің бірі – көмірдің күлді бөлігін бөліп алу. Бұл процесс мейілінше жылдам және үздіксіз болуы қажет. Келтірілген деректерде көбінесе сүзу, центрифугалау, айдау, кокстеу, гидроциклондарды қолдану зерттелген. Бұл мәселе бойынша осы уақытқа дейін қандай әдістің тиімді екендігі анықталмаған.

Көмірді сұйылту саласындағы жұмыстарды қорытындылай келе [25]-жұмыс авторлары қазіргі кезеңде осы саладағы мәселелерді шешуде алыс шет елдерде, сондай-ақ ТМД елдерінде де әлі күнге дейін түпкілікті бір шешімнің жоқ екендігін атап көрсетеді. ТМД елдері алыс шет ел зерттеушілерінен іргелі сала бойынша да, әріқолданбалы салада да артта қалып келеді.

ТМД елдерінде Канск-Ачинск кен орыны көмірін өнеркәсіптік игеру мақсатында гидрогендеу жұмыстарымен Мәскеу қаласындағы Жанғыш кендер институты (ЖКИ) айналысады. Аталған институттың технологиясы бойынша қуаттылығы тәулігіне 5 тонна қондырғының жұмысы ұзақ уақыт бойына сынақтан өткізілді. Процесс сутегінің 10 МПа-ға дейінгіқысымында жұмыс атқарды. [25]-жұмыс нәтижесі бойынша қысымды 6 МПа-ға дейін төмендетуге болатыны анықталды. Көмірлі пастаны ультрадыбыспен өңдеу және молибден мен темірдіңқолайлы концентрацияларын анықтау жолдары [26]-жұмыста зерттелген. Сұйықөнімдердің түзілуіне мацералдардыңүлесі [27]-жұмыста қарастырылған.

[25-27]-жұмыстардың нәтижелері ЖКИ жасаған технологияның болашағының зор екендігін көрсетеді, алайда қаржы қиындығынан қазіргі уақытта қондырғы жұмысы тоқтап тұр.

Біздің елімізде жасанды сұйық отын алу мақсатында өңдеуге толық жарамды көмірдің орасан зор қоры бола тұра әлі күнге дейін көмірдіөңдеуге арналған іріқондырғы жоқ. Соңғы 15-20 жыл ішінде бұл мәселемен Қарағанды қаласындағы органикалық синтез және көмір химиясы ғылыми-зерттеу институты айналысады. Институттың негізгі жетістіктеріне пирит пен металлургия өнеркәсіптерініңқалдықтары негізіндегі катализаторды және арнайы цехта көмірді газификациялаудан өндірілетін синтез-газын сутек донары ретінде қолданатын көмірді гидрогендеудің технологиялық сызба-нұсқасы жатады.

Көмірді гидрогендеу мәселесінің маңыздылығын ескере отырып, еліміздің шығыс және орталық аймақтарын моторлы отынмен, майлағыш материалдармен қамтамасыз етіу мақсатында әл-Фараби атындағы Қазақұлттық университеті жанындағы Жаңа химиялық технологиялар мен материалдар ғылыми-зерттеу институтында көмірді гидрогендеу жұмыстары бойынша зерттеулер жүргізіліп келеді. Бұл зерттеулердің негізгі мақсаты процесс қысымын төмендету, сұйықөнімдердің шығымын арттырып, сапасын жақсарту және табиғи боксит пен цеолит негізіндегі активтілігі жоғары, талғампаз катализаторларды жасау болып табылады.

Сонымен, көмірді сұйылту процестерін қарқындату негізгіүш мәселенің айналасында шоғырландырылады: көмірдіңқұрылымы мен реакциялыққабілеттілігі мәселесі, катализ және көмірді сұйылтуға тиімді еріткіштерді таңдау мен активті катализаторларды жасау.

Бұл аталған мәселелерді шешу мақсатында қазіргі кезеңде көмірді гидрогендеуде металлургиялықөндірістіңқалдықтары негізіндегі бір рет қана қолдануға жарамды катализаторларды пайдаланып, зерттеу жұмыстары жүргізілуде. Мұндай катализаторларды алдын-ала механохимиялықөңдеу арқылы Co-Mo-Ni/Al₂O₃ негізіндегіөнеркәсіптік катализаторлардың активтілігіне жуық активтілік жағдайына жеткізуге болады. Қазақстан Республикасы үшін болашағы зор бағыттардың бірі – табиғи бокситтер мен цеолиттердіқолдану. Катализатор ретінде бокситтердіқолданып Кендірлік, Екібастұз, Қаражыра, Майкүбен, Мамыт, Қияқты кен орындары көмірлерін гидрогендеудің технологиялары жасалынған.