Топливо из угля

Промышленные продукты на основе СО и Н2

В СССР были введены в действие несколько промышленных предприя­тий и установок, выпускающих органические продукты на основе СО + Н2.

В 1944 г. было восстановлено прерванное в 1941 г. производство метанола на Сталиногорском химкомбинате. В результате, после­дующей реконструкции мощность цеха была увеличена в два раза против первоначальной и сохранялась на уровне 16—18 тыс. т в год до 1967 г., когда цех был закрыт.

В 1949 г. было налажено производство метанола на Лисичанском химкомбинате под давлением 32 МПа на цинк-хромовом катализаторе. В 1955—56 гг. на этом же предприятии было начато производство изобутанола путем синтеза из СО + Н2 на подщело­ченном цинк-хромовом катализаторе при 30 МПа и 440—470°С. Товарными продуктами являлись изобутанол (4000 т в год), н-про-панол (800 т), а также фракции высших спиртов (115—130°С, 132—146 °С,   138—175 °С   и   170-200 °С).  Из-за  появления   более экономичных  методов  производства  изобутанола  цех  в   1964  г. был закрыт.

В 1952 г. в Новочеркасске была пущена заводская установка по синтезу углеводородов из СО + Н2 при 1 МПа на катализаторе Со + ТhО2 + MgO на кизельгуре. Газ для синтеза вначале получа­ли газификацией антрацита, а в последующие годы — конверсией природного газа. Синтез вели в три ступени с промежуточной кон­денсацией жидких продуктов.

С 1954 г. производство метанола было налажено в крупных масштабах на Ангарском нефтехимкомбинате [48]. При этом син­тез метанола из СО + Н2 на цинк-хромовом катализаторе при 28— 30 МПа и 360—380°С служил методом очистки водорода, идущего на гидрогенизацию, от оксида углерода [49]. В связи с этим в зону катализа поступал газ, содержащий 5—6% СО и 85% Н2, а отходящий газ содержал 1—3% СО. Производительность ката­лизатора составляла 0,5—0,6 т на 1 м3 в час, а метанол-сырец имел мало примесей.

С 1959 г. было начато производство метанола на Губахинском химическом заводе. Технология была традиционной, но в качестве сырья был использован дешевый коксовый газ.

Таким образом, к концу шестидесятых годов в стране функцио­нировали четыре производства метанола, одно производство изо­бутанола и высших спиртов и один завод синтеза углеводородов.

Период с 1960 по 1979 гг. характеризуется ускоренным развитием химических отраслей народного хозяйства СССР. Особенно большой размах получило производство метанола, пере­веденное практически полностью на природный газ в качестве сырья. После 1970 г. на ряде предприятий страны был реализован синтез метанола при среднем давлении. В настоящее время боль­шая часть производимого в стране метанола выпускается на агре­гатах единичной мощностью 100 тыс. т в год, работающих при среднем давлении на отечественных медьсодержащих катализато­рах.

Завод синтетических продуктов в Новочеркасске продолжает функционировать, причем основными товарными продуктами яв­ляются наряду с дизельным топливом разнообразные химические продукты: реактивы (н-парафины C5—С24, эталонный цетан), раст­ворители (фракции парафинов C5—С6 и С6—С7), сырье для окис­ления (фракции парафинов 170—270 °С и 260—290 °С), твердые парафины (церезин, модельные сплавы).

   Направления научно-исследовательских работ по органическо­му синтезу на основе оксидов углерода и водорода в этот пе­риод существенно изменились. Работы по синтезу углеводородов из СО и Н2 практически были свернуты, но значительное развитие получили исследования синтезов органических соединений на осно­ве СО, Н2 и различных непредельных углеводородов (рассмотрение этих синтезов выходит за рамки настоящего обзора). Продолжа-лись работы по синтезу высших спиртов из СО + Н2, существенно расширились работы по синтезу метанола. Итоги отечественных работ за этот период достаточно подробно отражены в моногра­фиях [50—52]. Поэтому ниже отмечаются лишь наиболее сущест­венные результаты.

В ИОХ АН СССР для синтеза углеводородов [53, 54] были разработаны кобальтовые катализаторы, промотированные ZrO2 или TiO2. Такие катализаторы нашли практическое применение для получения продуктов, обогащенных высокоплавкими парафи­нами. Была охарактеризована активность и селективность (в син­тезе углеводородов из СО+Н2) кобальтовых катализаторов, про-мотироваиных оксидами редкоземельных элементов и металлов группы IVБ [55, 56], кобальт-цеолитных катализаторов [57], ката­лизаторов на основе соединений графита с переходными металла­ми [58].

В ИНХС АН СССР широко изучали плавленые железные ката­лизаторы в связи с разработкой синтеза высших спиртов на основе конвертированного природного газа при 20 МПа. Была исследо­вана кинетика этого синтеза проточно-циркуляционным методом [59], а также с помощью специально разработанного метода «по критическим условиям воспламенения» [60, 61]. Последний метод позволил определить кинетические параметры реакции на многих катализаторах разного состава, что является нечастым случаем в гетерогенном катализе. Были охарактеризованы влияние промото­ров на селективность плавленых железных катализаторов [62], роль кислородсодержащих промежуточных соединений при синте­зе спиртов [63], закономерности формирования активной структуры плавленых железных катализаторов [64], механизм их действия [65] и роль карбидообразования и гидрирования карбидов [66,67].

Синтез высших спиртов из СО+Н2 при да 20 МПа был осуще­ствлен и отработан на крупной полупромышленной установке, ра­ботавшей по проточно-циркуляционной схеме и снабженной реак­тором с адиабатическими слоями катализатора и междуслойной подачей холодного газа [50]. Существенного повышения произво­дительности удалось добиться за счет инициирования синтеза ма­лыми добавками ацетилена, что легло в основу нового синтеза высших спиртов [68, 69].

Исследования по синтезу метанола были направлены на разра­ботку новых вариантов процесса, приводящих к более высокой производительности или смягчению рабочих условий (давление и температура). Применительно к цинк-хромовым катализаторам это пытались достичь, изменяя макроструктуру катализатора [70], мо­дифицируя его состав [71], применяя технику взвешенного слоя [72, 73], варьируя режим [51, 74—76]. Главное же внимание уде­ляли использованию и разработке медьсодержащих метанольных катализаторов. В Северодонецком филиале ГИАП [77, 78] был раз­работан перспективный медь-цинк-алюминиевый катализатор, на­шедший   широкое   практическое   применение.  С   использованием этого, а также других медьсодержащих катализаторов синтез ме­танола из СО+Н2 изучали [51, 79—81] с целью его осуществления на агрегатах большой единичной мощности.

В ИНХС АН СССР было исследовано гидрирование оксида и диоксида углерода в метан кинетическим и изотопным методами [82, 83]; в результате этих исследований были пересмотрены сло­жившиеся представления о механизме и кинетике этого, казалось бы, достаточно изученного каталитического процесса. Предложен­ная схема механизма базируется на представлении, что образование метанола всегда протекает из СО2 + Н2, а синтез метанола из СО + Н2 представляет собой ци­клическую реакцию, аналогичную цепным реакциям, отдельные микростадии которой являются гетерогенно-цепными процессами. Кинетические же закономерности синтеза определяются концентра­циями Н2 и особенно Н2О. Найденные кинетические уравнения применимы для широкой области концентраций компонентов реак­ционной смеси и хорошо совпадают с экспериментальными данными различных авторов. Из этих представлений вытекают новые подхо­ды не только к кинетическому описанию и механизму синтеза, но и к управлению и оптимизации промышленного процесса.