Деструктивная гидрогенизация углей и нефтяных остатков

Журкин, Андрей Олегович

Деструктивная гидрогенизация углей и нефтяных остатков тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.13 ВАК РФ

Журкин, Андрей Олегович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Уфа МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.13 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Деструктивная гидрогенизация углей и нефтяных остатков»

Автореферат диссертации на тему "Деструктивная гидрогенизация углей и нефтяных остатков"

На правах рукописи

Журкин Андрей Олегович

ДЕСТРУКТИВНАЯ ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ УГЛЕЙ И НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ (на примере завода гидрирования комбината № 18)

Специальности: 02.00.13 - Нефтехимия

07.00.10 - История науки и техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003467616

Уфа-2009

003467616

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Уфимская государственная академия экономики и сервиса" Федерального агентства по образованию РФ.

Научные руководители: доктор химических наук, профессор

Имашев Урал Булатович;

доктор технических наук, профессор Хабибуллин Раис Рахматуллович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Цадкин Михаил Авраамович;

доктор технических наук Удалова Елена Александровна.

Ведущая организация: Государственное унитарное предприятие

«Институт нефтехимпереработки» РБ

Защита диссертации состоится 16 апреля 2009 года в Ю30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.289.01 при ГОУ В ПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Автореферат разослан 16 марта 2009 года.

Ученый секретарь совета профессор

А.М. Сыркин

Актуальность темы

Важнейшую роль в современном производстве топлив играют гидрогени-зационные 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 гидрогени-зационного 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 «Салават-нефтеоргеинтез»);

- анализ архивных и других историко-технических документов, свидетельст-

вующих 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

родные 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 изданиях перечня ВАК РФ.

Объем и структура работы

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

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

Современные процессы гидрогенизации, широко используемые в производстве топлив, прошли огромный путь разработки, развития и становления, начальной целью которого являлась переработка твердых горючих ископаемых, а затем внедрение технологий гидрирования в переработку нефти. Первые опыты гидрогенизации были проведены Марселеном Бертло, который в 1867 г. предложил общий способ восстановления органических соединений иодистым водородом и распространил этот метод и на горючие ископаемые.

Наиболее остро проблема получения топлив гидрогенизацией стояла в Германии, обладающей значительными месторождениями каменных и бурых углей при недостатке нефти. В 1910-1913 гг. Ф. Бергиус провел эксперименты по гидрогенизации углей, дегтей и нефтяных остатков в различных комбинаци-

ях и запатентовал некаталитические способы гидрогенизации. В 1922 г. был осуществлен пуск первого в мире опытного гидрогенизационного завода в Мангейм-Рейнау. В 1924 г. М. Пир разработал высокоактивные катализаторы гидрогенизации углей в присутствии серы на основе молибдена и вольфрама в сульфидной форме. В метод Бергиуса были внесены принципиальные изменения, процесс стал каталитическим и был разделен на две ступени - жидкофаз-ную и парофазную. Это технологическое решение позволило независимо регулировать режимные параметры и действие катализаторов, снизить газообразование на первой стадии, увеличить глубину превращения сырья и снизить расход водорода.

В 1927 г. в Лейна-Верке была сооружена заводская установка (рисунок 1) по каталитическому гидрированию бурых углей. На первой ступени, измельченный уголь, «затертый» в масло, смешивался с тонкоизмельченным железо-окисным катализатором, гидрирование вели в жидкой фазе при температуре 480-500 °С, под давлением водорода до 230 атм. При этом образовывались продукты с температурой кипения до 320 °С (среднее масло), затем, на второй ступени его гидрировали в газовой фазе на таблетированных катализаторах (сульфид вольфрама на оксиде алюминия) до образования легкокипящих продуктов.

1 - пасговый насос; 2 - водородный компрессор; 3 - теплообменник; 4 - печь; 5 - реакторный блок; 6 - горячий сепаратор; 7 - холодильник; 8 - холодный сепаратор; 9 - блок ректификации; 10-центрифуга; 11 - сырьевой насос; 12-теплообменник; 13-печь; 14-реактор; 15 - холодильник; 16 - холодный сепаратор; 17 - водородный компрессор; 18 - блок ректификации; I - бурый уголь; П - свежий водород; III - циркулирующий водород; IV - зола; V - тяжелое масло; VI - среднее масло; VII - бензин

Рисунок 1 - Принципиальная схема производства бензина гидрогенизацией бурых углей на заводах I.G. Farbenindustrie

Получаемый бензин характеризовался относительно низким октановым числом - 62, содержанием парафинов - 50 %, нафтенов - 28 %, ароматических углеводородов- 18 %.

Исторически гидрогенизация средненемецких бурых углей явилась началом промышленных процессов деструктивного гидрирования, поскольку бурый уголь гидрируется легче каменного. В 1934-1935 гг. гидрогенизация углей в Германии начинает развиваться особенно быстро. Создаются тресты Brabag, Hydrierwerke Pölitz A.G., Hibernia A.G. В этот период происходит прорыв в массовом строительстве гидрогенизационных заводов но всей Германии, что связано с подготовкой ко второй мировой войне. В 1943-44 г. на территории Германии работало 12 установок деструктивной гидрогенизации каменных и бурых углей, смол, нефтяных остатков общей производительностью до 3850 тыс. т/г.

В 20-х - 30-х гг. XX века метод Бсргиуса становится объектом проверки и изучения в других странах - Великобритании, Италии и Франции. В 1935 г. в Биллингеме трест Imperial Chemical Industries, Ltd. построил гидрогенизацион-ный завод мощностью по бензину 150 тыс. т/г. Этот процесс отличался от немецкой технологии наличием двух жидкофазных ступеней и одной парофазной и использованием в качестве катализаторов органических соединений олова. В Италии построены гидрогенизационные заводы для переработки албанской нефти и итальянских бурых углей, сланцевых и буроуголыгых смол. Во Франции в 1935-1938 гг. работали две гидрогенизационных установки.

Принципиальным отличием от Европы, в США была направленность гидрогенизационных процессов на переработку нефтепродуктов. Целью американской промышленности было получение высококачественных нефтепродуктов с низким содержанием серы и совершенствование переработки сернистых и ас-фальтистых нефтей запада США. В 1927 г. трест Standard Oil Со. вступил в соглашение с I.G. Farbenindustrie. В 1930-31 гг. были построены и пущены нефте-гидрогенизационные заводы в Бейвсй, Батон Руж и Бейтауне. На каждом из них было по 2 гидрогенизационных установки (рисунок 2) с четырьмя реакционными камерами, заполненными таблетированным катализатором. Температура процесса, в зависимости от исходного сырья, составляла 350-540 °С, давление водорода - до 240 атм. В американских разработках ведущее место занимал кобальт-молибденовый катализатор на оксиде алюминия.

теяь; 5 - реактор; 6 - холодильник; 7 - сепаратор высокого давления; 8 - циркуляционный насос; 9- сепаратор низкого давления; 10- стабилизатор; 11,12- ректификационные колонны; 13- блок защелачивания бензина; I- сырье; II- свежий водород; III- циркулирующий водород; IV - газы; V - непревращениое сырье; VI - авиабензин

Рисунок 2 - Принципиальная технологическая схема получения авиабензина гидрогенизацией прямогонного и крекингового керосинов на заводе Standard Oil

В 1936-1938 гг. в США построено несколько гидрогенизационных заводов, на которых производили высокооктановый авиабензин из прямогонных фракций, крекинг-газойлей, крекинг-остатков и асфальтистых сернистых мазутов. Гидрогенизационный авиабензин, получаемый из керосиновых фракций, по ряду важнейших показателей превосходил прямогонный бензин (таблица 1).

Таблица 1 - Показатели качества прямогонного и гидрогенизационного авиационных бензинов_

Показатели Прямогонный бензин Гидрогенизационный бензин

Плотность, г/см"1 0,706 0,715

Содержание смол, мг/100 мл 1.5 0,1

Содержание серы, % 0,25 0,005

Пределы выкипания, °С 42-135 43 -133

Октановое число 71,3 78,5

Таким образом, за рубежом в 30-е гг. прошлого века промышленная гидро-

генизация углей, угольных масел и тяжелых нефтепродуктов получила широкое распространение (таблица 2). Основными направлениями разработки и совершенствования технологии деструктивной гидрогенизации в первой половине двадцатого века были разделение процесса на стадии, поиск высокоэффективных катализаторов и снижение давления и расхода водорода.

Таблица 2 - Объем промышленного производства гидрогенизационного

бензина в 1938 г.

Местонахожде- Фирма Сырье Мощность,

ние производств тыс. т/г.

Германия

Лейна-Верке I.G.Farbenindustrie бурый уголь и буроугольная смола 350

Белен Brabag то же 175

Магдебург то же то же 175

Шольвен Hibernia каменный уголь 125

Великобритания

Биллингем Imperial Chemical каменный уголь и каменноугольная 150

Industries смола

США

Батон Руж Standard Oil нефтепродукты 250

Бейвей то же то же 250

Италия

Бари Azienda Nazionale нефтепродукты 125

Idrogenazione

Combustibili

Ливорно тоже тоже 125

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

В начале XX века в России В.Н. Ипатьевым были выполнены первые эксперименты по гидрогенизации органических соединений под высоким давлением водорода, что явилось важным вкладом в научные основы метода деструктивной гидрогенизации топлива. В СССР в 20-х - 30-х гг. исследованиями по деструктивной гидрогенизации индивидуальных соединений и углей и нефти занимались в Лаборатории высоких давлений АН СССР, Государственном исследовательском институте высоких давлений (ГИВД), Всесоюзном научно-исследовательском институте искусственного жидкого топлива и газа, Гроз-НИИ. Значительный рост потребности в моторных топливах в 30-е гг. XX в. и неравномерность расположения месторождений нефти на территории СССР привели к активизации научно-исследовательских и опытных работ по получению ИЖТ из твердых горючих ископаемых.

Наибольший вклад в развитие научных основ и технологии получения искусственных жидких топлив деструктивной гидрогенизацией в России внесли Ипатьев В.Н., Наметкин С.С., Зелинский Н.Д., Петров А.Д., Фрост A.B., Караваев Н.М., Рапопорт И.Б., Немцов М.С., Лозовой A.B., Дьякова М.К., Платэ А.Ф. и др. В довоенный период были проведены всесторонние фундаментальные исследования гидрогенизации горючих ископаемых, что позволило вплотную подойти к разработке промышленных процессов получения искусственных

жидких топлив деструктивной гидрогенизацией углей и нефтяных остатков.

В 1932 г. в ГИВД пущена первая в СССР пилотная гидрогенизационная установка, включающая обе стадии процесса - жидкофазную и парофазную, которые осуществлялись последовательно в одной реакционной камере. К концу 30-х гг. XX века в Харькове была построена укрупненная установка гидрогенизации углей. В 1940 г. построен и пущен завод гидрирования углей в Кемерово. Из-за начавшейся второй мировой войны дальнейшая разработка и внедрение процессов гидрогенизации в СССР были приостановлены.

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

Несмотря на трудности, испытываемые страной, первые послевоенные годы стали временем серьезных инвестиций в экономику БАССР, прежде всего в нефтяную отрасль по следующим причинам: в республике имелись большие разведанные запасы нефти; республика уже располагала материальной базой разведки, добычи и переработки нефти, достаточно развитой инфраструктурой и кадрами. Все это сделало Башкирию одним из лидеров в области нефтедобычи, нефтепереработки и нефтехимии в СССР.

После окончания Великой Отечественной войны отдельные заводы Германии по производству ИЖТ оказались в зоне, занятой советскими войсками. В 1945-1948 гг. оборудование этих заводов по репарации было демонтировано и вывезено в СССР. На их основе планировалось построить три комбината: Ангарский № 16, Новочеркасский № 17 и комбинат № 18, месторасположение которого трижды менялось. Комбинаты ориентировали на скорейшую организацию производства автобензина. Первоначально местом строительства комбината № 18 была выбрана Кемеровская область. Приказом начальника Главгазтоп-прома Матвеева В.А. от 18.09.1945 была создана комиссия по выбору площадки для завода по гидрированию углей, который предполагалось перебазировать из города Пблитц. Кроме угля, на нем намечалось гидрировать смолу полукоксования с коксовых заводов. Из-за дефицита рабочей силы в Кемеровской области в 1946 г. местом строительства завода № 18 был выбран г. Черногорск в Хакас-сии. Сырьем для него должен был служить местный уголь. Туда из Германии поступила часть оборудования. На перевод комбината № 18 из Черногорска в Башкирию повлияло открытие Бабаевского месторождения бурого угля в рай-

оне с. Ермолаево (Кумертау). Бурый уголь мог служить сырьем для производства водорода и ИЖТ по той схеме, которая существовала в Германии. Таким образом, во второй половине 1947 г. правительством было принято решение о переносе гидрогенизационного предприятия из Черногорска в Башкирию.

Первый проект комбината № 18, согласно Постановлению СМ СССР от 24.06.1947, предусматривал получение ИЖТ гидрогенизацией кумертауского бурого угля. По этому проекту завод гидрирования включал в себя установку получения катализатора, блок пастоподготовки, четыре блока гидрирования в жидкой фазе, четыре блока гидрирования в паровой фазе, две установки атмосферной трубчатки (АТ) для ректификации гидрогенизата и установку очистки циркуляционного водородсодержащего газа. На этом этапе, гидрогенизация угля являлась основным производством комбината № 18, что подтверждается планом развития народного хозяйства СССР на 1946-1950 гг. Официально комбинат № 18 в г. Салавате был образован в 1948 г. в соответствии с Постановлением СМ СССР от 30.03.1948. Комбинат был градообразующим предприятием - населенный пункт для строителей 23.03.1949 преобразован в рабочий поселок, а 12.06.1954 - в город республиканского подчинения Салават. В 1948 г. ВНИГИ вместе с Ленгипрогазом выдают скорректированную комбинированную схему, сочетающую жидкофазную гидрогенизацию сернистых мазутов Уфимского и Ишимбайского НПЗ с каталитическим крекингом керосино-газойлевой фракции. Использование угля предусматривалось только в качестве топлива на ТЭЦ и для производства водяного отопительного газа на газогенераторной станции. Причинами многократных изменений в технологической схеме комбината № 18 являлись бурное развитие нефтедобычи и нефтепереработки в Башкирии и последующая передача комбината из ГлавУИЖТ в ведение Министерства нефтеперерабатывающей промышленности СССР.

Принципиальная схема производства моторных топлив гидрированием мазута на комбинате № 18 (рисунок 3), составленная на основе анализа архивных данных, включает производство водорода из угля, жидкофазную и парофазную гидрогенизацию сернистых мазутов, производство серной кислоты, установки переработки жидких и газообразных продуктов гидрогенизации и установки каталитического крекинга, алкилирования и полимеризации для производства компонентов бензина, а также собственное катализаторное производство.

Эта схема предусматривала жидкофазное гидрирование сернистых мазутов в присутствии коллоидных катализаторов на основе сульфидов молибдена и оксидов железа при температуре до 490 °С, под давлением водорода до 700 атм. Жидкофазный гидрогенизат должен был направляться на парофазное гидрирование в присутствии таблетированного никель-вольфрамового сульфидного катализатора при 410-420 °С и давлении водорода до 300 атм.

Переход на гидрогенизационную переработку мазутов был обусловлен тем, что потребители отказывались использовать высокосернистые мазуты в качестве топлива. Плановое количество мазута в БАССР к 1955 г. составило 12,92 млн. т/г., в том числе сернистого мазута - 4,335 млн. т/г.

Сроки ввода объектов комбината № 18 были очень сжатыми. Первую очередь предполагалось ввести в эксплуатацию в 1950 г., вторую - в 1952 г. В октябре 1950 г. Ленгипрогаз должен был выдать проектное задание на вторую очередь строительства комбината. Укрупненная структура комбината № 18 по проектному заданию второй очереди включала газовый завод, завод гидрирования, завод каталитического крекинга, ремонтно-механический завод и ТЭЦ.

4 Производство водорода газификацией бурых углей и конверсией газов гидрирования на комбинате № 18

Согласно проектному заданию газовый завод включал в себя газогенераторную станцию (TTC) для получения отопительного и водяного газов газификацией бурого Бабаевского (Кумертауского) угля, узел очистки водяного газа, цехи производства водорода, компремирования, очистки водорода от примесей и кислородный цех. Исследованиями на крупных лабораторных установках было выявлено, что Бабаевский уголь пригоден для газификации. В качестве окислителя была принята смесь водяного пара и кислорода. Для получения технического водорода генераторный газ подвергался конверсии в присутствии катализатора ГИАП-3 с добавкой водяного пара с последующим удалением диоксида углерода. По отчетам в IV кв. 1957 г. на газовом заводе были начаты пробные пуски газогенератора № 1 на угле Бабаевского месторождения.

Процесс пуска сопровождался аварийными ситуациями, что привело к реконструкции по ходу освоения. Основными проблемами были истирание труб, что приводило к выбросам угольной пыли, а также образование значительного количества золы, которая сбрасывалась в водяные шламоотстойники и вывози-

лась за территорию комбината. Несмотря на трудности, под руководством М.С. Захарова цех газификации углей в 1958 г. был выведен на технологический режим. Трудности были вызваны недоброкачественным выполнением строительно-монтажных работ (СМР), а также наличием конструкторских недоработок в отдельных узлах и аппаратах.

В августе 1958 г. был получен водяной газ, проведена его переработка с получением водорода и пуск газового завода на угле состоялся. Несмотря на все сложности и трудности, специалисты комбината доказали возможность получения водорода газификацией угля. Водяной газ, очищенный от механических примесей и серосодержащих компонентов, направлялся в цех № 2 на установку конверсии оксида углерода, где под действием водяного пара на железо-хромовом катализаторе он превращался в диоксид углерода и водород.

Процесс расщепления углеводородных газов (метано-водородной фракции) осуществлялся в трубчатых печах в присутствии катализатора ГИАП-3 и водяного пара. Однако с целью интенсификации процесса конверсии углеводородов на комбинате № 18 внедрили катализатор ГИАП-5. Это позволило повысить равномерность нагрева реакционных труб, увеличить производительность печи, уменьшить содержание метана в расщепленном газе с 1,8 до 1 % об. и снизить температуру в трубах печей с 800 до 690 °С, что увеличило срок эксплуатации труб печей расщепления. Установка была принята в эксплуатацию в 1958 г. Проект установки конверсии окиси углерода разработан «Ленгипрога-зом» в 1951 г. В течение первой половины 1958 г. на установке конверсии проводилась работа по устранению различных дефектов монтажа, испытанию коммуникаций и аппаратов на прочность, обкатке оборудования, наладке контрольно-измерительных приборов. В августе 1958 г. на конвертер № 10 был подан водяной газ. Пробная конверсия прошла удовлетворительно. Подготовка к приему в цех № 2 Введенеевского природного газа началась с октября 1958 г. Установка расщепления и сероочистки после разогрева печей работала в нормальном режиме. Работа конвертеров № 8 и 10 показала, что обеспечить авто-термичность процесса практически невозможно. Чтобы обеспечить нормальную работу остальных цехов газового производства, пришлось на установке расщепления вести процесс при более низкой температуре пара и уменьшенной производительности печи. При нагрузке печи 1000 м3/ч и расходе пара 7-7,5 т/ч получен выход сухого газа расщепления до 3000 м3/ч, с содержанием СО 4-6 %.

Компрессия конвертированного газа и очистка от диоксида углерода осу-• ществлялись в цехе № 3. Проект установки был разработан в 1950 г. Ленгипро-газом. Строительство цеха завершено в декабре 1957 г. Установка водной отмывки использовалась для очистки конвертированного газа от диоксида углерода и дегазации отработанной воды с получением технической углекислоты, Готовыми продуктами установки водной очистки были конвертированный газ, очищенный от диоксида углерода, диоксид углерода и промежуточный газ. Пусконаладочные работы были начаты в августе 1958 г. С 10 декабря цех работал в нормальном режиме с выдачей полуочищенного водорода в цех № 4. Готовой продукцией цеха медно-аммиачной очистки являлся очищенный технический водород с содержанием СО не более 45 см3/м3, С02 - не более 10 см3/м3, Нг - не менее 94 % об. Технический водород предназначался для процесса гидрирования мазута и передавался производству № 2 в объеме 3500-5000 м3/ч. В пуске и освоении цеха, судя по архивным документам и отчетным материалам, не было сложных ситуаций, однако с выводом на нормальный режим работы газового производства выявился ряд узких мест и недостатков, а именно: плохое состояние дренажей газопроводов и острая нехватка отопительного газа для газового производства и производства гидрирования. Потому для целей отопления был использован сухой газ с каталитических крекингов и частично Вве-денеевский природный газ. Во второй половине декабря 1958 г. производство № 1 вышло на устойчивый режим работы, за декабрь было получено 1294000 м3 водорода. Дальнейшее наращивание мощностей по производству водорода ограничивалось отсутствием резерва печей расщепления.

5 Основные этапы строительства, выполнения научно-исследовательских работ и пуска объектов деструктивной гидрогенизации на комбинате № 18

Фактически строительство завода гидрирования было начато в 1950 г. План строительно-монтажных работ (СМР) на 1950 г. был большим: цехи гидрирования - 10 млн., цехи переработки газов гидрирования - 12,5 млн., ГГС -10,4 млн. руб. Этот план не был выполнен, строительство этих объектов даже не было начато в 1950 г. В начале 1951 г. план СМР по этим объектам был снижен более чем в два раза: до 1,7 млн. - по ГГС, 4 млн. - по цехам гидрирования и 1,5 млн. руб. - по цехам переработки газов. Общая сметная стоимость этих

объектов в ценах 1951 г. составляла 32,53 млн., 60 млн. и 22,4 млн. руб. соответственно. Эти производства являлись объектами первой очереди, но их строительство затянулось. Только к середине 1951 г. начаты земляные работы по ГГС и переработке газов гидрирования. Выполнение плана капитальных работ, осуществляемых СУ-18 МВД СССР за 1951 г., составило 1022 тыс. руб. по заводу гидрирования и 1578 тыс. руб. по переработке газов гидрирования. В 1952 г. СМР по заводу гидрирования начали продвигаться более заметно. Выполнение годового плана СМР по заводу гидрирования за 1952 г., установленного в размере 22,7 млн. руб., составило 55 %.

К концу 1952 г. ход строительства остается неудовлетворительным, что признается руководством строящегося комбината. Годовой план выполнен на 94 %. Основной проблемой строительства является плохая организация труда. Одной из серьезных причин срыва выполнения плана строительно-монтажных работ являлся пожар, произошедший в начале 1952 г. и уничтоживший значительную часть проектной документации. В 1953 г. происходит значительное продвижение строительства объектов завода гидрирования и связанных с ним производств. Несмотря на то, что план строительства самих блоков гидрирования выполняется плохо, сдвиг приоритетов в сторону каталитического крекинга приводит к ускорению строительства AT 505-506, которые предназначены для ректификации как продуктов крекинга, так и гидрогенизатов.

Первым годом, по итогам которого план строительства был выполнен (на 112 %), был 1954. На заводе гидрирования велись монтаж оборудования, технологических трубопроводов и электромонтажные работы. Сделаны коробки и футеровка печей. Сдан в эксплуатацию козловой кран. К концу 1954 г. на заводе гидрирования остается значительный объем СМР, в особенности по аппаратуре высокого давления. В мае 1954 г. директором завода гидрирования назначен М.С. Захаров, который перед этим изучал производство ИЖТ в ГДР. В последующие годы он руководит газовым заводом, а с 1959 г. он назначается заместителем главного инженера комбината. Ситуация, сложившаяся с финансированием дальнейшего строительства, вызывает обеспокоенность начальника комбината И.А. Березовского, он просит министерство предусмотреть на 1955 г. ассигнования не менее 250 млн. руб. на СМР и оборудование, вместо предусмотренных 105 млн. руб., так как это приведет к фактической консервации работ на заводе гидрирования и газовом заводе.

Начиная с 1950 г. по заказу комбината № 18 сторонними организациями проводятся научно-исследовательские работы (НИР) для газового завода и завода гидрирования. Генеральный подрядчик по НИР - ВНИГИ, которым к работе привлечен ряд субподрядных организаций. Отдельные НИИ работали по прямым договорам с Дирекцией комбината.

В 1950 г. были запланированы НИР, относящиеся к гидрогенизации и производству водорода: химическое исследование Южно-Уральских бурых углей; газификация Южно-Уральских углей; разработка катализаторов гидрирования нефтяных остатков; разработка комбинированной технологической схемы комбината; модернизация схем гидрирования нефтяных остатков; разработка методов защиты аппаратуры от коррозии. Первые договоры по НИР подписаны с ВНИГИ 06.03.1950. К концу марта 1950 г. заключены все договоры, за исключением опытно-промышленной газификации углей Бабаевского месторождения. Общая плановая сумма договоров по НИР на 1950 г. составила 3,5 млн. руб., из них 1,3 млн. руб. зарезервированы для оплаты работ по опытно-промышленной газификации углей. По состоянию на июль 1951 г. основные направления НИР для комбината .V" 18: разработка конструкций и изготовление газоанализаторов; газификация Бабаевских углей; подбор средств антикоррозионной защиты аппаратуры. ВНИГИ выполнены НИР по темам: разработка контактов для деструктивной гидрогенизации углей и нефтяных остатков; разработка комбинированной технологической схемы для комбината № 18; модернизация схемы деструктивной гидрогенизации. Выполнение НИР за 1951 г. составило 1402 тыс. руб. при плане 1300 тыс. руб. В апреле 1952 г. от ВНИГИ получен отчет по теме № 810 "Газификация бурых углей в кипящем слое". Результаты работы рекомендованы как исходные данные для проектирования ГГС.

Исходный проект комбината № 18 основывался на использовании оборудования особых поставок из Германии, которое стало поступать с 1950 г. В то же время перед комбинатом стояла задача ввода в эксплуатацию ремонтно-механического завода (РМЗ), так как оборудование для первой очереди строительства нужно было отремонтировать и сдать в монтаж в 1951 г. Массовое поступление оборудования особых поставок началось в июне 1950 г. из Бреста. К этому времени строительство складов и подъездных путей на базе оборудования не было завершено. Поэтому основная масса поступавшего оборудования разгружалась вне территории базы. В июле 1950 г. прибывшее оборудование

разгружалось уже на территории базы. В 1951 г. оборудование особых поставок приходило на комбинат уже с пяти баз: Брестской, Макарьевской, Абаканской, Китайской и Черногорской. В 1953 г. работа с оборудованием особых поставок переходит из стадии складирования и хранения в стадию ремонта и монтажа. В январе на ремонте и восстановлении занято семь организаций: контора № 9 треста "Спецхиммагамонтаж"; контора № 3 треста "Спецхиммашмонтаж"; РМЗ комбината №18; Ишимбайский участок треста "Союзкислородмонтаж"; Ишимбайский участок "Электропривод"; участок № 2 треста "Волгопромэнер-гомонтаж"; участок Невского завода им. Ленина. В 1954 г. во исполнение приказов Министерства № 300 от 01.04.1954 и № 585 от 12.06.1954 трестом и подчиненными базами проделана большая работа по складированию, перескладированию и консервации оборудования. Таким образом, к концу 1954 г. работа с оборудованием особых поставок была налажена по всей технологической цепочке, от доставки и приема на складах до ремонта и монтажа на объектах.

Проект шестого пятилетнего плана на 1955-1960 гг. производства по комбинату № 18 был составлен в соответствии с обращением ЦК КПСС и СМ СССР от 11.08.1955 № П-1650. Одним из основных факторов, обеспечивающих рост производства, являлось рациональное сочетание технологии гидрирования с остальными процессами. Суммарная переработка нефти с 1956 по 1960 г. должна была быть увеличена с 2,2 до 3,2 млн. т (рисунок 4). С целью увеличения выпуска авиакеросина с 1958 г. предусматривалась работа одного блока па-рофазного гидрирования полностью на привозном ва- 3370 куумном газойле или сырье пиролиза в объеме до 190 тыс. т и реконструкция АТ. В 4-м кв. 1956 г. планировалось ввести в эксплуатацию два блока парофаз- 2200 ного гидрирования, годовой мощностью по 190 тыс. т пять блоков жидкофазного гидрирования по 70 тыс. т и один - 100 тыс. т. Второй вариант плана (рисунок 5) предполагал ввод в эксплуатацию еще четырех блоков жидкофазного гидрирования в первом кв. 1959 г. и установки АТ для переработки гидрюра мощностью 750 тыс. т/г. во втором кв. 1959 г. Окончание строительства объектов первой очереди завода № 2 планировалось в 1956 г.

3200

3000 3000

1956 1957 1958 1959 1960 Рисунок 4 - План переработки нефти и сумма светлых на 1956-1960 гт.

С 1958 г. предусматривалась работа на полной мощности двух блоков па-рофазного гидрирования. К 1960 г. производство гидрогенизата жидкой фазы должно было составлять 1120 тыс. т, паровой фазы - до 380 тыс. т. В 1955-56 гг. деструктивная гидрогенизация под высоким давлением водорода рассматривалась как весьма перспективный способ получения авиабензинов, авиакеросинов и дизельных топлив (рисунок 6) из тяжелых нефтяных остатков.

В 1956 г. заводы на комбинате были переименованы в производства. Строительство основных объектов этих производств в объеме пусковой нитки было завершено к концу 1957 г. С мая 1958 г. комбинату устанавливается план на производство топлив методом гидрогенизации. График пуска производства № 2, составленный начальником производства JI. Алексеевым, главным технологом В. Горшениным и на- тб Ш7 т8 шд mQ чальником управления комбината И. Березовским был рисунок 6 - План произ-

рассчитан на два месяца. Первые два блока парофазно- водства авиакеросина

(нижним ряд) и дизельного гидрирования (рисунок 7) были приняты под пуско- го топлива (верхний ряд)

наладочные работы в декабре 1957 г. В мае 1958 г. в на 1956-1960 годы цех принят отопительный газ и проведена сушка печей и обкатка блоков на азоте. В июне проведена загрузка катализатора 8376 (27% сульфида вольфрама и 7% сульфида никеля на окиси алюминия) в реакционные колонны.

н-1 ЧТфТР-1

сЙ г-/ /~\

/ Т-2 _

ж р-1 ж ж ж

р Л X

X X

Р-2 Р-3

X X

>5 X

X X

Е-1 - емкость среднего давления; Е-2 - емкость низкого давления; К-1 - колонна предварительного осернения; Н-1 - центробежный сырьевой насос; Н-2 - сырьевой насос высокого давления; Н-3 - циркуляционный газовый насос; П-1 - трубчатая печь; Р-1-Р-3 - реакторы; С-1 - продуктовый сепаратор высокого давления; Т-1, Т-2 - теплообменники высокого давления; Т-3 - продуктовый холодильник; Ф-1 - фильтр; / -сырье из парка промежуточных продуктов; //- свежий водород; III-бедный газ; IV- богатый газ; V-гидрогенизат на АТ Рисунок 7 - Принципиальная технологическая схема блока парофазного гидрирования

1 сентября впервые в цех принят технический водород и проведено испытание блока в течение 3-х суток. 15 декабря блок 425 был выведен на режим и 16 декабря из компонента дизельного топлива получен первый гидрогенизат. Производительность блока составила от 8 до 12 м3/ч, С 29.12.1958 в блок 425 в качестве сырья подавалась смесь керосино-газойлевой фракции с компонентом дизтоплива (таблица 3). Процесс вели при 340-420 °С и давлении 240-300 атм.

Таблица 3 - Сравнительная характеристика сырья и парофазного гидрогенизата дизельной и керосино-газойлевой фракций_

Показатели Гидрогенизация дизельной фракции Гидрогенизация смеси керосино-газойлевой фракции с компонентом дизтоплива

сырье гидрогенизат сырье гидрогенизат

Плотность, г/см3 0,832 0,801 0,830 0,802

Содержание серы, % 0,6 0,04 0,9 0,05

Начало кипения, °С 170 85 190 110

50% выкипает при, "С 275 255 260 245

При 350 °С выкипает, % 95 98 93 96

Пуск первых блоков гидрирования прошел без каких-либо эксцессов, благодаря тщательной подготовке кадров, которые прошли обучение и практику в г. Ангарске. Очень многое было сделано начальником цеха Леонтьевым А.С, старшим инженером Кирилловым М.Ф., старшим механиком Лавриненко И.Н.

Леонтьев A.C. в период пуска и освоения был приглашен из Ангарска как специалист в этой области. Впоследствии в 70-е годы Александр Семёнович Леонтьев работал главным инженером Салаватского нефтехимического комбината. Затем был переведен в г. Грозный на должность директора ГрозНИИ.

В период пуска и освоения был выявлен ряд узких мест и недоработок, которые были устранены при пусковых работах. Успешный пуск первых двух блоков интенсифицировал ввод остальных мощностей. На блоках 407, 416,419, 422 в течение 1958 г. производились СМР. 12.08.1959 были введены в эксплуатацию третий и четвертый блоки, а маю 1960 г. - пятый и шестой блоки.

Таким образом, основные мощности производства гидрирования были введены в строй. Первоначальная идея деструктивной гидрогенизации бурого угля, затем измененная на гидрирование мазута, так и не была реализована в виде крупного производства. Тем не менее мощности парофазного гидрирования, введенные в строй, были перепрофилированы на гидрооблагораживание керосиновых и дизельных фракций, а в дальнейшем оборудование высокого давления было использовано для производства минеральных удобрений.

22 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 19481958 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 ме-

тодом, 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.

Основное содержание работы опубликовано в следующих научных трудах:

1 Николаева C.B. Политика развития отечественной угле-сырьевой базы/ C.B. Николаева, А.О. Журкин, P.P. Хабибуллин// Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела: материалы VI Международной научной конференции - Уфа: Изд-во "Реактив", 2005,- Т.1.-С. 121-124.

2 Журкин А.О. Перспективы применения углей в качестве сырьевой базы для получения топлив/ А.О. Журкин, C.B. Николаева, P.P. Хабибуллин // Урал-экология. Природные ресурсы - 2005: сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции.- Уфа-Москва, 2005.- С. L43-145.

3 Николаева C.B. Первые опыты промышленной реализации технологии гидрогенизации углей/ C.B. Николаева, А.О. Журкин, Г.Р. Латыпова, P.P. Хабибуллин// История науки и техники.- 2005.- №4.- С. 82-83.

4 Николаева C.B. Основные тенденции развития процессов переработки углей в нашей стране/ C.B. Николаева, А.О. Журкин, P.P. Хабибуллин // Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела: материалы VI Международной научной конференции,- Уфа: Изд-во "Реактив", 2006.- Т. 2.- Вып. в.- С. 137-141.

5 Николаева C.B. Исторические аспекты производства водорода. Развитие и перспективы/ C.B. Николаева, В.М. Мусиенко, А.О. Журкин и др. - Уфа: Изд-во УГАЭС, 2006,- 82 с.

6 Журкин А.О. Предпосылки и опыт создания промышленного производства водорода газификацией бурых углей в башкирском регионе в 50-х годах XX века/ А.О. Журкин, C.B. Николаева, P.P. Хабибуллин // Организация территории: статика, динамика, управление: материалы Всероссийской научно-практической конференции.- Уфа: Изд-во БГПУ, 2006.- С. 180-183.

7 Николаева C.B. Катализаторы гидрирования углей/ C.B. Николаева, А.О. Журкин, P.P. Хабибуллин// Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: материалы межвузовской научно-технической конференции,- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006. - Вып. 2. - С. 296-299.

8 Журкин А.О. Реакторные блоки гидрогенизации угля комбината № 18/ А.О. Журкин, C.B. Николаева, Д.Л. Рахманкулов, P.P. Хабибуллин// Актуальные проблемы химической технологии и подготовки кадров: материалы Всероссийской научно-практической конференции.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006.-С. 268-270.

9 Николаева C.B. Энергетический кризис второй половины XX века и развитие процессов гидрирования угля/ C.B. Николаева, А.О. Журкин, Д.Л. Рахманкулов, P.P. Хабибуллин// Актуальные проблемы химической технологии и подготовки кадров: материалы Всероссийской научно-практической конференции,- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006,- С. 132-133.

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

11 Николаева C.B. Развитие технологической схемы завода гидрирования в начальный период строительства комбината №18/ C.B. Николаева, А.О. Журкин, Д.Л. Рахманкулов, P.P. Хабибуллин // Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела: материалы VII Международной научной конференции,- Уфа: Изд-во "Реактив", 2006.-T. 1.-С. 100-101.

12 Журкин А.О. Начальный период деструктивной гидрогенизации неф-тей/А.О. Журкин // Научное и экологическое обеспечение современных технологий: материалы IV республиканской студенческой научно-практической конференции,- Уфа: Изд-во УГАЭС, 2007. - С. 81-82.

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

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

15 Журкин О.П. Прием и размещение оборудования особых поставок н комбинате № 18 в 1950-1952 гг./ А.О. Журкин, C.B. Николаева, Д.Л. Рахманкулов, P.P. Хабибуллин// Современные проблемы истории естествознания в об ласти химии, химической технологии и нефтяного дела: материалы VIII Меж дународной научной конференции,- Уфа: Изд-во "Реактив", 2007. -Т.1.-С. 63-65.

16 Николаева C.B. Теоретические основы деструктивной гидрогенизаци углей и тяжелых нефтяных остатков/ C.B. Николаева, А.О. Журкин, Д.Л. Pax манкулов, P.P. Хабибуллин// Инновации и перспективы сервиса: сборник науч ных статей IV Международной научно-технической конференции.- Уфа: Изд-в УГАЭС, 2007.-С. 216-218.

17 Журкин А.О. Пуск первых блоков гидрирования на комбинате № 18 А.О. Журкин, C.B. Николаева, P.P. Хабибуллин, Д.Л. Рахманкулов// Альтерна тивные источники химического сырья и топлива: материалы I Всероссийско" научно-технической конференции.- Уфа: Изд-во "Реактив", 2008,- Вып. 1. С. 107-108.

Подписано в печать 11.03.09. Бумага офсетная. Формат 60x84 1/16. Гарнитура «Times». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1. Тираж 90. Заказ 54.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Журкин, Андрей Олегович

Введение

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

3.1 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 диссертация по химии, на тему "Деструктивная гидрогенизация углей и нефтяных остатков"

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 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;

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

Научная новизна

Практическая значимость работы

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"

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 источников диссертации и автореферата по химии, кандидата технических наук, Журкин, Андрей Олегович, Уфа

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