Деструктивная гидрогенизация углей и нефтяных остатков: на примере завода гидрирования комбината № 18 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.13, кандидат технических наук Журкин, Андрей Олегович

• Журкин, Андрей Олегович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Журкин, Андрей Олегович

Введение

1 Развитие производства искусственных жидких топлив деструктивной гидрогенизацией углей, угольных смол и тяжелых нефтепродуктов в первой половине XX века

1.1 Развитие деструктивной гидрогенизации в Германии

1.2 Состояние исследований и промышленной реализации гидрогенизации топлив в Великобритании

1.3 Промышленные установки гидрогенизации в Италии и Франции

1.4 Гидрогенизация углей и тяжелых нефтепродуктов в США

1.5 Основные тенденции развития промышленного производства топлив деструктивной гидрогенизацией за рубежом в период до второй мировой войны

2 Довоенный период научных исследований и промышленных разработок гидрогенизации топлив в СССР

2.1 Основные исторические этапы научных исследований деструктивной гидрогенизации в СССР

2.2 Разработка промышленных процессов деструктивной гидрогенизации в СССР

3 Изменения технологической схемы завода гидрирования и его место в структуре комбината № 18 на стадии проектирования

3.1 Первоначальная схема завода гидрирования и его место в структуре Комбината

3.2 Описание технологической схемы деструктивной гидрогенизации угля

3.2.1 Блок пастоподготовки

3.2.2 Блок жидкофазного гидрирования углей

3.3 Изменение технологической схемы завода гидрирования и переход на гидрогенизацию мазута

3.4 Описание технологической схемы гидрогенизации нефтяных остатков

3.4.1 Жидкофазная гидрогенизация нефтяных остатков

3.4.2 Парофазная гидрогенизация

3.4.3 Блок предварительного гидрирования

3.4.4 Блок расщепления (бензинирования)

3.4.5 Реакторы деструктивной гидрогенизации

4 Производство водорода газификацией бурых углей и конверсией газов гидрирования на Комбинате №

4.1 Сравнительная классификация твердых горючих ископаемых и основные характеристики бурого угля Бабаевского месторождения

4.2 История пуска и освоения производства водорода из бурых углей Бабаевского месторождения на Комбинате №

4.2.1 Газификация бурых углей

4.3 Получение технического водорода из водяного газа и газа расщепления углеводородов

4.4 Стадии очистки технического водорода

4.5 Медно-аммиачная очистка

5 Основные этапы строительства, выполнения научно-исследовательских работ и пуска объектов деструктивной гидрогенизации на комбинате №

5.1 Строительство завода гидрирования и связанных с ним производств в 1950-1954 годах

5.2 Организация научно-исследовательских работ для завода гидрирования и газового завода

5.3 Прием, размещение и ремонт оборудования особых поставок на Комбинате № 18 в 1950-1954 годах

5.4 План развития комплекса жидкофазного и парофазного гидрирования в 1956-1960 годах

5.5 Завершение строительства первой очереди завода гидрирования

5.6 Пусковые работы на заводе гидрирования 118 Выводы 124 Список использованной литературы 126 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «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.

Заключение диссертации по теме «Нефтехимия», Журкин, Андрей Олегович

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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Журкин, Андрей Олегович, 2009 год

1. Петров А.Д. Химия моторных топлив- М.: Изд-во АН СССР, 1953 — 512 с.

2. Johnson C.A., Stotler H.H., Wolk R.H. H-Coal Process for Producing Liquid Hydrocarbons, presented at AIME Ann. Meeting, 103rd, Dallas, Texas, February 24-28, 1974.

3. Химические вещества из угля/ Под ред. Ю.Фальбе: Пер. с нем. / Под ред. И.В. Калечица-М.: Химия, 1980.-611 с.

4. Кусумано Дж.А., Делла Бетта Р.А., Леви Р.Б. Каталитические процессы переработки угля М.: Химия, 1984 - 288 с.

5. Кричко А.А., Титова Т.А. Гидрогенизация угля под невысоким давлением водорода/ Химия твердого топлива, 1980, № 6, С. 67-82.

6. Журкин А.О., Николаева С.В., Рахманкулов Д.Л., Хабибуллин P.P. Процессы гидрогенизации угля в период энергетического кризиса 70-х гг. XX века / История науки и техники, 2006, № 1, С.75-77

7. Калечиц И.В. Химия гидрогенизационных процессов в переработке топлив М.: Химия, 1973 - 336 с.

8. Мусабеков Ю.С. Марселей Бертло М.: Наука, 1965 - 213 с.

9. Розенталь Д.А. Теоретические основы получения искусственного жидкого топлива Д.: Изд-во ЛТИ, 1982 - 49 с.

10. Лозовой А.В., Дьякова М.К. Гидрогенизация топлива в СССР М.-Л., Изд-во АН СССР, 1940.- 269 с.

11. Максименко A.M., Мусабеков Ю.С., Кузнецов В.И. В.Н. Ипатьев// Химия и жизнь 1968 - № 1- С. 76-77.

12. Ипатьев В.Н. Каталитические реакции при высоких температурах и давлениях//ЖРФХО, 1904. Т. 36. С. 786-800.

13. Ипатьев В.Н. Влияние давления на ход катализа // ЖРФХО, 1906. Т. 38. С. 63-74.

14. Кузнецов В.И., Максименко A.M. Владимир Николаевич Ипатьев. М.: Наука, 1992. 190 с.

15. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.- М.: Прогресс, 1992. 1638 с.

16. Liquid Fuels from Coal, published by National Cola Board, UK, August, 1978, p. 19.

17. W. Kronig. Die katalische Druckhydrierung von Kohlen, Teeren und Vineralolenl-Berlin: Springer Verlag, 1950.-266 s.

18. M. Pier. Die Hydrierung von Steinkohle und Steinkohleprodukten in ihrer Bedeutung fur die chemische Industrie, I.G.-internes Memorandum vom 16.1.1934.

19. Липович В.Г., Калабин Г.А., Калечиц И.В. и др. Химия и переработка угля.-М.: Химия, 1988.-336 с.

20. Рапопорт И.Б. Искусственное жидкое топливо М.: Гостоптехиздат, 1949.-332 с.

21. Петров А.Д. Очерки по химии моторных топлив и смазочных масел — М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1941.- 308 с.

22. Корсон Б.Б. Каталитическая гидрогенизация углеводородов // Химия углеводородов нефти. Т. 3 / Под ред. Брукса Б.Т., Куртца С.С., Бурда С.Е., Шмерлинга Л.- М.: Гостоптехиздат, 1959.- С. 238-274.

23. Spausta F. Treibstoffe fur Verbrennungsmotoren- Wien: J. Springer, 1939, 291 s.

24. H.M. Siegel. Vortrag gehalten am 17.10.1973 in der First International Coal Research Conference, Washington D.C.

25. Смит B.M. Гидрогенизация крекинг-газойлей, лигроина и газойля каталитического крекинга и сланцевого масла // Химия углеводородов нефти. Т. 3 / Под ред. Брукса Б.Т., Куртца С.С., Бурда С.Е., Шмерлинга Л.- М.: Гостоптехиздат, 1959.- С.275-285.

26. Ван-Кревелен Д.В., Шуер Ж. Наука об угле: Пер. с англ./ Под ред Касаточкина В.И.-М.: Гостоптехиздат, 1960.-303 с.

27. Ипатьев В.Н., Петров А.Д. О пирогенетическом разложении древесного дегтя в присутствии водорода и под давлением // Жур. прикл. хим. 1928. Т. 1. № 3. С. 172.

28. Ипатьев В.Н., Петров А.Д., Иванов И.З. Опыт крекинга под давлением водорода первичного дегтя одного из углей Донецкого бассейна // Жур. прикл. хим. 1932. Т. 1. № 4. С. 434-435.

29. Ипатьев В.Н. Пиролиз высокомолекулярных соединений и крекинга тяжелых нефтяных фракций под давлением водорода // Жур. хим. пром. 1929. Т. 6. С. 1563-1570.

30. Народное хозяйство СССР в 1922-1972 гг. М.: Статистика, 1972, С. 162.

31. Рапопорт И.Б. Искусственное жидкое топливо. М.: Гостоптехиздат, 1955.- 546 с.

32. Кузнецов Б.Н. Катализ химических превращений угля и биомассы — Новосибирск: Наука, 1990.-304 с.

33. Журкин А.О., Николаева С.В., Рахманкулов Д.Л., Хабибуллин И.Р., Елизарьев В.Е., Хабибуллин P.P. Развитие каталитических систем гидрогенизации углей // История науки и техники. 2006. - № 4. - С. 118-120

34. Сабатье П. Катализ в органической химии. Л.: Госхимтехиздат. 1932 -418 с.

35. Богданов И.Ф. О классификации гидрогенизационных катализаторов. // Химическая переработка топлива. Труды II всесоюзн. совещ. по ИЖТ. -М.: Изд-во АН СССР, 1957.-С. 195-205.

36. Эрих В.Н., Пажитнов В.К. Химия нефти и искусственного жидкого топлива. Учебник для нефтяных техникумов- Л.: Гостоптехиздат, 1955.-510 с.

37. Фокин В.Я., Пебалк В.Л. Оборудование заводов искусственного жидкого топлива-М.: Гостоптехиздат, 1955.-400 с.

38. Рахманкулов Д.Л., Журкин А.О., Николаева С.В., Хабибуллин P.P. Исторические аспекты гидрогенизации горючих ископаемых в первой половине XX века // История науки и техники.- 2007.- №9.- спец. выпуск №2.- С. 44-50.

39. Хабибуллин P.P., Латыпова Г.Р., Галяутдинова В.М., Марушина Н.М. Предпосылки создания нового предприятия в РБ комбината № 18 //44,45