ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ГОРЮЧЕЕ ИЗ УГЛЯ из "Путешествие в мир органической химии" Выделение бензина из нефти, без сомнения, самый простой путь получения горючего. Бензин содержится в нефти как готовый компонент и его можно выделить просто перегонкой. Кроме этого, правда, необходимы некоторые преобразования — часть углеводородных молекул следует подвергнуть циклизации или изомеризации, но по существу это ничего не меняет. Рассказ о горючем, однако, был (5ы неполным, если бы мы не упомянули такой важный для Германии метод, как метод каталитического гидрирования угля. Этот метод связан с работами Бергиуса и Пира, а также Фишера и Тропша. [c.90] Из сравнения химического состава угля, нефти и бензина видно, что нефть и бензин содержат значительно больше связанного водорода, чем уголь. Зато в угле имеются связанный кислород, сера и углекислый газ, которые представляют собой нежелательные примеси . Их особенно много в буром угле. Если нужно превратить такое сырье в бензин, дизельное топливо и т. д., от этих примесей избавляются путем гидрирования под давлением. При этом примеси восстанавливаются, переходят в летучие водородные соединения и отгоняются. Для такого процесса необходимо значительное количество водорода, который вместе с оставшимся углеродом образует углеводородные смеси, подобные нефтяным фракциям. [c.91] Этот процесс очень легко представить на бумаге, но осуществить его практически гораздо сложнее. Прежде чем из угля удалось получить первые капли бензина, ученые преодолели множество препятствий, проделав громадную работу, и проявили выдержку и настойчивость. [c.91] Химика Фридриха Бергиуса особенно интересовали возможности применения высоких давлений в химии, и после окончания высшей школы в 1910 году он решил посвятить себя разработке этой проблемы. [c.91] В маленькой частной лаборатории вместе с несколькими сотрудниками Бергиус занялся исследованием угля. [c.91] Одновременно примеси, содержащиеся в угле, — кислород, сера и углекислый газ — были бы восстановлены до летучих водородных соединений, и удалить их из угля было бы просто. Такие опыты были проведены Бергиусом летом 1913 года. Он получил весьма обнадеживающие результаты твердый уголь на 80% был превращен в газообразные и жидкие углеводороды. Те же результаты были получены и для природного угля. Предположения Бергиуса подтвердились. В том же году под номером 301231 был зарегистрирован патент на гидрирование угля под давлением. [c.92] Эти результаты не вызвали никакой сенсации. Во Франции их приняли к сведению, но технического применения они не находили, во-первых, потому что было достаточно углеводородов, получаемых из нефти, причем они обходились гораздо дешевле, а во-вторых, инженерам казалось невозможным создать в техническом масштабе установки, работающие под давлением выше 200 ат при 400°. Единственный отклик современников Бергиуса заключался в совете воздержаться от дальнейших опытов. [c.92] О работах Бергиуса вспомнили только во время первой мировой войны, когда в Германии стала ощущаться нехватка нефтяных продуктов, тем более что новые опыты по гидрированию малолетучих нефтяных остатков проходили очень успешно. В Маннгейм-Райнау была построена опытная установка. Но война окончилась, и интерес к установке, а вместе с ним и финансовая поддержка иссякли. [c.92] Эти работы проводились под руководством Пира на ани-лино-содовой фабрике в Бадене. Внедрение в производство потребовало серьезной доработки процесса. К этому времени уже был собран ценный опыт в области промышленного синтеза аммиака при высоком давлении. Потребовались новые, особопрочные сорта стали. [c.93] Продолжительными были поиски катализатора для гидрирования. Инженеры знали, что все катализаторы под действием серы быстро теряют свою активность. А как раз серы в угле было довольно много. Наиболее подходящими катализаторами, устойчивыми по отношению к сере, оказались соединения вольфрама и молибдена. Одновременно выяснили, что более целесообразно проводить весь процесс не на одной установке, а разделить его на жидкофазную и газофазную ступени. [c.93] На заводе Лейна в Мерзебурге в 1927 году была сооружена первая большая установка для гидрирования бурого угля под давлением. Позднее производительность этого предприятия достигла 600 000 г бензина в год. Здесь исходный бурый уголь почти полностью превращали в жидкие углеводороды. С учетом угля, необходимого для производства энергии, и огромных количеств водорода из 3,5—4 г сухого бурого угля добывали 1 г бензина. [c.93] После прихода к власти Гитлера основным направлением в политике и экономике Германии стало стремление к так называемой автаркии, т. е. независимости от подвоза сырья извне. Так как бензин являлся одним из основных видов стратегического сырья, стали расширять уже имеющиеся установки для гидрирования и построили ряд новых. В 1943 году гидрированием угля при высоких давлениях уже полу-чали 3 409 ООО г горючего, а еще 425 ООО т давал синтез по методу Фишера—Тропша. [c.93] Технологический процесс каталитического гидрирования под давлением с течением времени претерпел некоторые изменения. В отдельных случаях повышали давление до 700 аг и в некоторых пределах изменяли температуру реакции. Но принцип метода сохранялся. [c.93] Далее среднее масло поступает на газофазную ступень, где оно подвергается предварительному гидрированию. Его снова сжимают до 200, а иногда и до 700 аг и в атмосфере водорода доводят до необходимой температуры реакции. В бензиновой печи среднее масло каталитически расщепляют. Катализаторами служат сульфиды никеля и вольфрама, которые неподвижно закреплены в реакционной печи. Здесь происходит также восстановление примесей — кислород, сера и азот превращаются соответственно в воду, сернистый водород и аммиак. Вот почему этот процесс называют рафинирующим предварительным гидрированием. [c.94] Сразу после этого проводится перегонка. В верхней части колонны конденсируется высококачественный бензин, а непревращенное среднее масло снова масляным насосом накачивают в реакционные камеры. Образовавшиеся газообразные углеводороды служат для отопления или используются в качестве сырья в органических синтезах. [c.95] Как мы видели, непревращенную исходную смесь стремятся вновь и вновь использовать в реакции и по возможности без потерь. В результате достигают практически стопроцентного использования исходного сырья. [c.95] В 1925 году им удалось, применяя катализаторы из кобальта и железа, впервые синтетически получить жидкие углеводороды из окиси углерода и водорода. Но прошло еще много лет напряженной работы, прежде чем в 1932 году этот метод получил промышленное оформление. Через четыре года на одном из предприятий началось производство жидких горючих по этому принципу. [c.96] При этой реакции в небольшом количестве образуется также двуокись углерода, и таким образом в результате получается смесь газов, состоящая из окиси углерода, водорода и двуокиси углерода. Последняя составляет очень небольшую часть и удаляется промывкой. Остающаяся газовая смесь подвергается основательной очистке, в ходе которой соединения серы полностью удаляются, иначе они за короткое время отравили бы катализатор. И только теперь смесь поступает в контактную печь. При давлении, которое в зависимости от того, какой конечный продукт хотят получить, колеблется между 1 и 20 ат, и температуре примерно 250° смесь превращается в углеводороды. Реакция протекает экзотер-мично, и дополнительное нагревание не требуется. Наоборот, реакционные камеры охлаждают проточной водой, чтобы не превышалась оптимальная температура 250°. [c.96] На первый взгляд может показаться поразительным, что в наше время установки для гидрирования имеются повсюду, и даже такие богатые нефтью страны, как Советский Союз или Соединенные Штаты Америки, применяют гидрирование под давлением. Но сейчас в качестве сырья используют не уголь, а дистиллятные тяжелые масла или отходы крекинг-процесса. [c.97] Вернуться к основной статье