Принципиальная схема гидрогенизационного завода [108] дана на рис. 4 и 5 (см. вклейку). В схеме не отражены мощное энергетическое хозяйство и способ получения водорода, требующегося при гидрогенизации угля в количестве 2500— 3000 м3 на тонну бензина, что для завода производительностью 500 000 т в год составляет около 180 000 м3 водорода в час [133].
Технологический процесс начинают с пастоподготовки. Кусковой уголь поступает в приемный бункер, разделенный на отсеки. Уголь с большой зольностью предварительно обогащается на обогатительной фабрике. Из отсеков уголь подается на дезинтегратор, где дробится на зерна размером до 1 мм. Измельченный уголь поступает в сушило, уменьшающее его влажность. После сушила уголь проходит вибрационные сита, из которых поступает в бункер 8 (рис. 4). Крупные куски отсеиваются, идут на валковую дробилку и затем также в бункер 3. Измельченный уголь взвешивается и подается в шаровую мельницу 11, куда одновременно поступает тяжелое масло из системы гидрогенизации и шламопереработки. В шаровых мельницах уголь размалывается в течение приблизительно 40 минут при температуре 100—120° и через вибрационное сито, отделяющее крупные частицы, поступает в пастоприемник с мешалкой.
В процессе пастоподготовки к углю добавляют катализаторы: сернокислое железо — FeS04 • Н2О (1,2—1,8% от веса угля); смесь окиси и закиси железа (1,8—2,5%) и сернистый натрий (до 0,3%).
Сернистый натрий добавляют в том случае, если необходимо дополнительно осернить катализатор или нейтрализовать хлор, содержащийся в золе угля [133]. Приготовленная паста хранится, как правило, не свыше двух суток, так как при температуре хранения в 100° уголь набухает и паста становится слишком густой.
После приемника паста по обогреваемому трубопроводу подается пастовым насосом в систему жидкофазной гидрогенизации под давлением 700 ат. По пути в трубчатую печь 15 паста для уменьшения вязкости, а также увеличения скорости потока и коэфициента теплопередачи смешивается с водородом, подогретым в теплообменнике 14 продуктами из горячего сепаратора 17. Перед второй секцией трубчатой печи к пасте добавляется горячий шлам.
Подогретая до 430—450° паста поступает в блок реакционных колонн 16, состоящий из четырех колонн, диаметром около 1 м и высотою 18 м, соединенных последовательно [133].
Завод имеет несколько блоков, расположенных в железобетонных камерах и работающих параллельно.
Реакция гидрирования угля экзотермична и температура регулируется подачей холодного водорода, подведенного в шести точках по высоте колонн. Колонны не имеют внутренних насадок, но стенки их изнутри защищены от перегрева теплоизолирующей футеровкой. Паста проходит колонны снизу вверх с общим временем пребывания в блоке около 1 часа и попадает затем в горячий сепаратор.
В горячем сепараторе паро-газовая часть отделяется от шлама, состоящего из смеси тяжелого масла, катализатора, золы и непрореагировавшего угля. Часть шлама забирается горячим циркуляционным насосом 18 и через трубчатую печь вновь подается вместе со свежей пастой в реакционные колонны. Остальной шлам дросселируют и направляют на шламопереработку, которая будет рассмотрена ниже. Горячая циркуляция шлама повышает концентрацию катализатора в реакционной зоне и смягчает тепловой режим первой колонны, так как свежая паста разбавляется шламом, уже подвергнутым гидрированию.
За счет горячей циркуляции в несколько раз уменьшается расход свежего катализатора, а следовательно, уменьшается и количество шлама, идущего на шламопереработку. Газ и пары широкой фракции из горячего сепаратора отводятся через теплообменник 14 и водяной холодильник 19 в газосепаратор высокого давления 20. Конденсат из газосепаратора дросселируют в две ступени с 700 ат до атмосферного давления.
Растворенные газы при этом выделяются и идут на соответствующую переработку, а жидкий продукт подается в трубчатую печь и затем в колонну 26 на дистилляцию.
Газ гидрирования поступает из газосепаратора в скруббер 22, заполненный кольцевой насадкой. Насадка скруббера орошается маслом, причем из газа гидрирования отмываются углеводородные газы. Промытый газ забирается циркуляционным насосом 24 и поступает в циркуляционную систему.
Поглотительное масло находится в скруббере под давлением 700 ат, и энергия масла, выводимого после орошения, утилизируется в поршневой детандер-машине 23, служащей для подачи свежего поглотительного масла. Масло после детандер-машины выделяет углеводороды, а затем снова применяется для орошения скруббера.
Широкая фракция, поступившая из газосепаратора на установку дистилляции, разгоняется на ней, причем часть тяжелого масла идет на приготовление пасты, а другая часть — на разжижение шлама при шламопереработке. Среднее масло поступает на парофазное гидрирование, а легкие фракции направляются на очистку или же вместе со средним маслом — на гидрирование.
Не поступающий на циркуляцию шлам из горячего сепаратора дросселируют и направляют в сборник 28 (рис. 4) с мешалкой. Туда же добавляют масло, служащее для разжижения шлама и растворения содержащихся в нем асфальтенов. Добавлением масла облегчается центрифугирование шлама и удаление растворяющихся в нем асфальтенов. Большое содержание асфальтенов приводит к закоксовыванию печей на установке полукоксования и препятствует дальнейшей переработке шлама. Разбавленный шлам поступает в центрифугу 29. Отделившееся в ней тяжелое масло идет на приготовление пасты, а остаток от центрифугирования забирается насосом и, пройдя подогреватель, вспрыскивается во вращающуюся барабанную печь с чугунными шарами, служащую для полукоксования. Внутри печи поддерживается определенная температура за счет наружного обогрева газом и перегретого пара, вводимого в печь навстречу остатку.
Продукты перегонки поступают в пылеотделитель и конденсационную систему. Масло полукоксования затем подается через трубчатую печь в дистилляционную колонну 26 блока жидкофазного гидрирования.
На рис. 5 показан процесс гидрирования в паровой фазе и блок ароматизации бензина. Насос 1 забирает среднее масло, полученное на жидкофазной установке, и под давлением 325 ат подает его через теплообменники и трубчатую печь в три последовательно соединенные колонны блока предварительного гидрирования.
Реакционные колонны имеют высоту 18 м и внутренний диаметр 1 м или же диаметр 1,2 м при высоте колонны 12 м и так же, как и колонны жидкофазного гидрирования, выложены изнутри диатомитом и имеют по шести подводов холодного водорода. Однако, в отличие от жидкофазных колонн, у них имеется внутренняя насадка, состоящая из полок, на которых расположены таблетки катализатора. Катализатором служат сернистые соединения молибдена или вольфрама, а также смесь из 25% сернистого вольфрама и 5% сернистого никеля, нанесенная на осажденную окись алюминия [133].
После реакционных колонн продукт последовательно проходит теплообменники, водяной холодильник и в сепараторе 6 отделяется от газа, который насосом 7 направляется на циркуляцию. Жидкий продукт дросселируется и поступает на дистилляционную установку, откуда бензин направляется в блок ароматизации, а среднее масло забирается насосом 1 и подается в блок бензинирования или, как его иногда называют, блок расщепления.
Устройство реакционных колонн аналогично колоннам блока предварительного гидрирования.
Рабочее давление в блоке бензинирования 325 ат. Реакция протекает при 380—460°, в зависимости от срока службы катализатора.
При свежем катализаторе требуется более низкая температура, которая повышается по мере утомления катализатора.
Из газосепаратора 6 газ забирается циркуляционным насосом 7, промывается водой в скруббере высокого давления 10 и после добавления свежего водорода смешивается с сырьем, идущим на бензинирование. Жидкий продукт разгоняется в дистилляционной колонне 8, при чем широкая фракция идет на установку ароматизации, а остаток возвращается в систему для повторного бензинирования.
Бензин, идущий на ароматизацию, поступает вначале в ректификационную колонну 11. Головка отгоняется и, минуя процесс ароматизации, поступает в отдувочную колонну 23. Тяжелый бензин собирается в сборнике 12 и затем вместе с водородом подается в теплообменники 14 и подогреватель печного типа 15 (рис. 5), имеющий пять самостоятельных секций по числу колонн ароматизации. Бензин в первой секции подогревается до 510° и поступает в колонну ароматизации, заполненную таблетками катализатора, размером от 8 до 12 мм. Во всех реакторах ароматизации катализатором служит окись молибдена, нанесенная в количестве 8—10% на активную окись алюминия. Реакция дегидрирования эндотермична и на выходе из первой колонны температура падает на 50—60°. Бензин после первой и последующих колонн вновь подогревается в секциях печи. В остальных колоннах падение температуры уменьшается по мере того, как глубина ароматизации повышается.
Пройдя колонны и теплообменник, бензин с температурой 300—310° поступает в колонну очистки 17, заполненную на 3/4 таким же катализатором, как в колоннах ароматизации, и на 1/4 (на выходе из колонны) активной землей, оказывающей полиме ризующее и адсорбирующее действие.
Особенностью процесса ароматизации является сравнительно быстрое коксование катализатора. Восстановление его требуется, в зависимости от качества сырого бензина, после рабочего пробега около 200 часов. Регенерация катализатора производится сухим циркуляционным газом с добавлением к нему воздуха в таком количестве, чтобы содержание кислорода в газе перед каждой колонной составляло 6 объемн. %. Восстановление проводится при давлении 50 ат и температуре, которая не должна превышать 550°. Время выжигания кокса — 8 часов и общая остановка на регенерацию — около 20 часов.
После колонны очистки продукт проходит теплообменники, водяной холодильник и отделяется в газосепараторе 19 от газа, идущего на циркуляцию. В дистилляционной колонне 21 отбирается бензин с концом кипения 180—185° и полимеры.
Ароматизованный бензин поступает в отдувочную колонну 23 и затем совместно с легким бензином проходит щелочную очистку и стабилизацию. Октановое число готовой продукции около 80 пунктов, а с добавкой 0,12% по объему ТЭС оно повышается до 90—92.