Ахметкаримова Ж.С.

Карагандинский государственный университет им. Е.А.Букетова

ГИДРОГЕНИЗАЦИИ КАМЕННОУГОЛЬНОЙ СМОЛЫ

Перспективы создания новых и интенсификации уже известных процессов переработки горючих ископаемых связывают с разработкой эффективных методов предварительной активации исходного сырья, что позволит снижать энергетические затраты производства или получать более ценную продукцию [1]. Гидрогенизация органических соединений является реакцией первого порядка и зависит только от концентрации водорода, что приводит к тому, что в процессе гидрокрекинга углеводородов могут протекать последовательные и параллельные реакции, а состав конечного продукта определяется соотношением скоростей отдельных стадий, которые зависят от условий процесса [2].

Литературные данные свидетельствуют о том, что катализаторы этого класса используются в процессах ожижения угля достаточно давно. Активными компонентами многих рудных катализаторов является железо. Многие из каталитически активных компонентов, ускоряющих гидрогенизацию угля, присутствуют в составе минеральной части угольного вещества, в связи с этим использование зольной части углей для гидрогенизационных процессов является актуальной задачей [3].

Проведено исследование влияния гидрогенизации на выход фракций до 300⁰С. Нанокатализатор был получен по методике описываемой в работе [4]. Образцы смолы были подвержены процессу гидрогенизации в реакторе высокого давления (автоклав) объемом 0,2л. Предварительно перемешанную смесь каменноугольной смолы с нанокатализатором β- Fe(OА)₃ поместили в автоклав. Реакционную смесь нагревали до 420°С в течение 2 часов в избытке водорода при давлении 3МПа. Образовавшийся продукт разгоняли при температуре 300⁰С.

Условия проведения процесса гидрогенизации каменноугольной смолы в присутствии нанокатализатора β-Fe(OА)₃ приведены в таблице.

Таблица - Условия проведения гидрогенизации каменноугольной смолы в присутствии нанокатализатора β-Fe(OА)₃

№ опыта	Каменноугольная смола, г	Катализатор		Т, ºС	Р, МПа	τ, мин	Выход, %
		г	%
1	20	0,1	0,5	420	3	180	87,3
2	20	0,2	1	420	3	180	87,8
3	20	0,6	3	420	3	180	88,5
4	20	1	5	420	3	180	89,3

При гидрогенизации органической массы тяжелой каменноугольной смолы молекулярная масса каменноугольной смолы уменьшается, что обусловлено процессами деструкции, которые сопровождаются разрушением макромолекулярных фрагментов и образованием молекул с меньшим молекулярным весом. Данный факт позволяет судить о возрастании количества низкомолекулярных соединений, соответственно, и содержания легких фракций. С другой стороны при увеличении времени гидрогенизации наблюдается повышение содержания водорода, т.е. водород вступает во взаимодействие со сложными ароматическими соединениями, в результате протекают реакции дециклизации и образуются непредельные алифатические и непредельные ароматические соединения. Гидрогенизация каменноугольной смолы в присутствии нанокатализатора показывает образование продуктов гидрирования превосходят продукты расщепления. Причем с изменением количества каталитической добавки с 0,5% до 5% наблюдается значительное увеличение выхода продуктов гидрирования и уменьшение выхода продуктов разложения, дальнейшее добавление катализатора не приводит к особым изменениям относительно выходов продукта в реакции без катализаторов.

Рис. 2. Выход продуктов при гидрогенизации каменноугольной смолы в присутствии донора водорода и каталитической добавки β-Fe(OА)₃

Таким образом, процесс гидрогенизации протекает в основном в диффузионном режиме, т.е. лимитирующей стадией является диффузия частиц сырья в поры катализатора - внутренняя диффузия. Проведена оценка влияния каталитической гидрогенизации на кинетические характеристики процессов переработки каменноугольной смолы. Полученные данные, свидетельствуют о том, что наноразмерный катализатор β-Fe(OА)₃ является новой разработанной каталитической добавкой. Использование для деструктивной гидрогенизации полициклических углеводородов, позволяющей проводить процесс в более мягких условиях, т.е. при более низких значениях.

Список литературы

1. Wei XY.,Ogata E.,Zong ZM., Zhou Sl., Liu JZ. Advances in the study on hydrogen transfer to model compounds for coal liquefaction. - 2000. –Р. 103.

2. Калечиц И.В., Липович В.Г. Химия и переработка угля. – Москва: Химия, 2008. – 324 с.

3. Kautman M., Jamison W.C. Coal liquefaction in fluorocarbon medium // Fuel. – 2006. – Vol.1. – P. 148-150

4. Jong NP, Kwang JA, Yosun H., Je-Geun P., Nan-Jin N., Jae-Young K. Ultra-large-scale syntheses of monodisperse nanocrystals // Nature materials. – 2004. VOL.3. – P. 891-895.