Көмірді каталитикалық сұйылту

Көмір де мұнай сияқты көмірсутекті шикізат. Көмірдің мұнайдан айырмашылығы көмірде мұнайға қарағанда сутектің көміртекке қарағанда қатынасы аз, атап айтқанда мұнайда Н\С=1,2, ал көмірде Н\С=0,8. Көмірге қосымша сутек мөлшерін қосу арқылы "синтетикалық мұнай" алуға болады. Мұны молекулалық сутекті немесе сутек доноры ретінде болатын органикалық қосылыстарды қолдану арқылы жүзеге асырылады. Көмірді сұйылту молекулалық сутекті және сутек атомын жеңіл беретін органикалық еріткіштерді (тетралин, крезол, т.б.) активтейтің катализатор қатысында жүргізген тиімді. Көмірді каталитикалық сұйылту механизмі келесі сызбанұсқа түрінде көрсетуге болады(1-сызба-нұсқа):

7- сурет.Көмірді каталитикалық сұйылту механизмінің сызба-нұсқасы

Сұйылтудың бірінші сатысында көмір құрамында көп мөлшерде гетероатомдар бар және табиғаты ароматты жоғары молекулалық қосылыстар болып табылатын асфальтендерге айналады. Түзілген реакциялық қабілетті радикалдар сутек атомын қосып, тұрақты өнімдерге не болмаса, полимерге өзгереді. Өзгеру жылдамдықтарының арақатынасы қолданылатын катализатордың табиғатымен анықталады. Активтілігі жоғары гидрлеуші катализаторлар жеңіл көмірсутектерінің түзілу реакциясын жылдамдатады. Қышқылдық типті катализаторлар жоғары молекулалық өнімдердің түзілуіне әкелетін қосымша поликонденсация және полимерлену реакцияларының жүруін қамтамасыз етеді. Көмірді каталитикалық сұйылтудың қазіргі технологияларының негізгі кемшіліктері: процестің өнімділігі төмен, жоғары сутек қысымын қолдану, процеске қайтадан катализаторды пайдалану үшін бөлу. Бұл кемшіліктерді шешудің бір жолы кендік материалдар негізіндегі арзан катализаторды таңдау. Оларды қолданғанда сұйылту процесінің қатты қалдығынан катализаторды бөлудің тезникалық қиын және уақытты көп алатын операцияларынан құтылуға болады. Процесті арзандатудың келесі жолы сұйылту процесіндегі молекулалық сутекті синтез - газға алмастыру. Көмірді құрамында темір бар кендік катализаторлармен (пирит, пирротит, магнетит) сутек - донорлы еріткіштер қатысында сұйылту поцесі тиімді екені анықталды. Бұл процестің негізі көмірді сұйылту молекулалық сутек қатысында емес, органикалық еріткіштер молекуласынан (мысалы, тетралин нафталинге дейін дегидрленеді) сутек атомын ауыстыру арқылы жүзеге асырылады:

Көмір + тетралин →көмір-Н₂ +нафталин

Катализатордың рөлі негізінен еріткіштің жоғалтқан Н - донорлы қасиетін (нафталинді тетралинге дейін гидрлеу) қалпына келтіру болып табылады:

Катализатор + Н₂→ Катализатор - Н₂

Катализатор - Н₂+ нафталин → Катализатор + тетралин

Гидрлеу процесінде құрамында күкірт, оттек, азот бар қосылыстар гидрленеді. Осы процестердің нәтижесіндетпайда болған жеңіл көмірсутектердің құрамындағы S, O, N азайып H₂S, H₂O және NH₃ түрінде бөлініп шығады. Гидрлеу процесі 380-550°С температурада және 20-70 МПа қысымда жүреді. Катализатор ретінде MoS₃ , Fe, Cr және басқа металдар қолданылады. Технологиялық процестерді өзгертіп, активті катализатор қолдана отырып гидрогендеу процесін мақсатты өнім алуға бағыттауға болады. Бұрын сұйық өнім алу үшін гидрогенизация процесін 2 сатыда жүргізді: әуелі сұйық фазада жоғары қысымда 380-400°С гидрлейді, содан кейін фенолдық фракцияны бөліп тастап әрі қарай бу фазасында 30-60 МПа қысымда 400-500°С температурада гидрлейді. Соңғы өнім - бензин, энергетикалық газ.

Осылай 2 сатылы гидрогендеу жолымен жоғары қысымда, сутектің көп шығынымен сұйық отын алу экономикалық тиімсіз. Гидрогендеу әдісімен сұйық отын алудың алдағы мақсаты сутек қысымын азайту. Бұл жоғары активті катализатор қолдану арқылы іске асады.

Қазіргі кезде осы салада көп ғылыми-зерттеу жұмысы жүргізіліп жатыр. Жапонияда сутек қысымын 120 атм-ға дейін, Ресейде Жанғыш қазбалар ғылыми-зерттеу институтында 100 атм-ға дейін төмендеткен. Отандық ғалымдардың ғылыми ізденістері Жаңа химиялық технологиялар мен материалдар ғылыми-зерттеу институты негізінде жүргізіліп, нәтижесінде қысымды 35-50 атм-ға дейін төмендетілді және осы бағыттағы жұмыстар жалғастырылуда.