Хатуу түлшээр дулаан боловсруулах

Манай улсын нүүрсний геологийн нийт нөөцийг 150 тэрбум тонн гэж тогтоосон бөгөөд 22.3 тэрбум тонн нүүрсний нөөцийг урьдчилсан болон нарийвчилсан хайгуулын үр дүнгээр тодорхойлоод байна.

Монгол улс нүүрсний нөөцөөр дэлхийд эхний 12-т, нэг хүнд ногдох нүүрсээр эхний 4-т ордог. Манай улсын түлшний балансад нүүрс 63%, нефтийн бүтээгдэхүүн 32%, мод болон био түлш 5% тус тус эзэлдэг.

Нүүрсийг үндсэндээ эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн үндсэн түүхий эд болгон ашиглаж байна. Улсын хэмжээний цахилгаан дулаан үйлдвэрлэлийн 93%-ийг нүүрсэнд, 7%-ийг шингэн түлшинд тулгуурлан үйлдвэрлэж байна.

Цаашид нүүрсний үйлдвэрлэлийн хэмжээ нэмэгдэхийн хэрээр байгаль орчныг хамгаалах, экологийн тэнцвэрт байдлыг хадгалах асуудлыг нэн түрүүнд тавих, нүүрсийг түлшний зориулалтаар ашиглахаас гадна нүүрсийг баяжуулах, хийжүүлэх, шингэрүүлэх, нефтийн бүтээгдэхүүн гаргах, нүүрсийг коксжуулах замаар хийж дайвар бүтээгдэхүүн гарган авах, чанар сайтай нүүрсийг экспортод гаргах зэрэг өргөн цар хүрээтэй асуудлууд дэвшигдэн гарч байна.

Орчин үед нүүрснээс 400-гаад гаруй нэр төрлийн бүтээгдэхүүн гарган авч нүүрс ашиглалтын эдийн засгийн үр ашиг 90 орчим хувьд хүрчээ. Гэтэл энэ үзүүлэлт манай оронд 35 орчим хувьтай байгаа нь их доогуур үзүүлэлт юм.

Дэлхийн эрчим хүчний үйлдвэрлэл, хэрэгцээний анхдагч эх үүсвэрийн талаар хийсэн эрдэмтэдийн судалгаанаас үзэхэд нүүрс 800, нефть 35-50, байгалийн хий 60-80 жилийн нөөцтэй гэж тогтоодсон ба эрчим хүчний сэргээгдэх эх үүсвэр, нүүрс, атомын эрчим хүчний хэрэглээ өсөж, нефть байгалийн хийн эх үүсвэр буурах хандлагатай байна.

Монгол улсын нүүрсний салбарын хөгжлийн хэтийн төлөвийг тодорхойлохдоо нүүрс олборлолт, боловсруулалт, борлуулах зах зээлийн олон улсын чиг хандлагыг зөв мэдэрч түүнд оролцох нь манай улсын эдийн засгийн чадавхийг дээшлүүлэхэд чухал ач холбогдолтой.

Монгол улс өөрийн түлш эрчим хүчний бодлогыг боловсруулахдаа дэлхийн энэхүү хандлагыг баримжаалах нь зүйд нийцэх юм. Орчин үед эрдэс баялгийн үйлдвэрлэлийн техник технологийг экологи-эдийн засгийн үр дүнгээр нь үнэлж, дүгнэн хэрэглэх.

Өнөөдөр нүүрсний 36 орд газарт 50 орчим аж ахуйн нэгж нүүрс олборлож байгаагаас төрийн өмчийн оролцоотой 2, орон нутгийн өмчийн оролцоотой 3 уурхайгаас бусад нь хувийн өмчид тулгуурлан ажиллаж 2010 оны байдлаар жилдээ 25,2 сая тонн нүүрс олборложээ.

Хатуу түлшний хагас коксжуулалт

Үйлдвэрлэлд хатуу шатамхай ашигт малтмалаас синтетик шингэн болон хийн түлш гарган авахдаа дараахь аргуудыг ашигладаг. Үүнд: а/өндөр температурын дор хийн түлшийг агааргүй орчинд /пиролиз/ б/ исэлдэлтийн /хийжүүлэлт/

Дээрхи аргуудыг ашигласнаар шингэн фракци /давирхай/, хийн хольцуудыг гарган авах боломжтой болдог төдийгүй тэдгээрийг дахин боловсруулах замаар хөдөлгүүрийн түлшний түүхий эд, органик бүтээгдхүүнүүдийг гарган авч болдог. Энэ бүлэгт хатуу түлшний дулаан боловсруулалтын процессын онолын үндэс, технологийн шийдлүүдийг авч үзэх болно.

Агааргүй орчинд өндөр температурт хатуу шатамхай ашигт малтмалыг дулаанаар боловсруулах процессыг хагас коксжуулалт гэнэ. Энэ үед хатуу түлшний органик нэгдлүүдийн задрал явагдаж хийн ба шингэн бүтээгдхүүнүүд ялгарч гарах бөгөөд үлдсэн хатуу үлдэгдэл нь бүтэц, шинж чанараараа анхдагч биетээс бодитой ялгагддаг. Хагас коксжуулах процессыг Цельсийн 500-550ºС явуулдаг. Хий, давирхай, пироген ус, хатуу үлдэгдэл биетийг процессын эцсийн бүтээгдхүүн гэх ба хий, давирхайг анхдагч, хатуу биетийг хагас кокс гэж тус тус нэрлэнэ. Пироген ус нь анхдагч давирхайнаас илүү нягттай байдгаас шингэний хөрөлтийн үед усны давхарга нь давирхай доор оршдог тул түүнийг ихэнхидээ давирхайн ус гэж нэрлэдэг.

Хагас кокс нь олон тооны дэгдэмхий бодисууд /15%/ агуулдаг, урвалд хурдан орох чадвартай. /усны хий эсвэл нүүрстөрөгчийн давхар исэлтэй урвалжих хурдны шинж/ Хагас коксын хатуулаг нь өндөр биш, амархан бутардаг тул металлургийн үйлдвэрлэлд тохирдоггүй байна. Технологийн болон шатах хийн хийжүүлэлт нь хагас коксын үйлдвэрлэлийн хэрэглээний үндсэн салбар болдог. Зарим улс орнуудад хагас коксыг ахуйн утаагүй түлш болгон ашигладаг. /Энэ тохиолдолд дэгдэмхий бодисын хэмжээг багасгахын тулд хагас коксжилтыг 700-750ºС хэмд явуулдаг./

Анхдагч давирхайны онцлох шинж нь бага молекултай задгай нүүрстөрөгчийн өндөр агууламжтайгаас боловсруулалтын дараа хөдөлгүүрийн түлш, керосин болон техникийн тосыг гаргаж авч болдогт оршдог.

Хагас коксжилтын хий нь метанаар баяжигдсан байдаг. /40-50%/ Иймд шаталтын дулаан нь хангалттай өндөр /24 000 кДж/м.куб/ байдаг тул хийг өндөр чанарын ахуйн түлш болгон ашигладаг.

Хагас коксжуулахад сул ойлттой буюу коксждоггүй чулуун нүүрс түүнчлэн хатуу түлшний залуу төрөл /хүлэр, хүрэн нүүрс/ байх нь илүү ашигтай байдаг.

Процессын онолын үндсүүд

Хагас коксжуулах процесст 500-550ºС хүртэл аажмаар халаах үед түлшинд тодорхой өөрчлөлтүүд явагддаг. Харьцангуй бага температурт /160ºС хүртэл/ эхлээд чийг ууршдаг, дараа нь органик нэгдлүүдийн дулааны задрал эхэлдэг. Процесс өргөжихийн хирээр хүчилтөрөгч, устөрөгч, азот ялгарч үлдэгдэл нь нүүрстөрөгчөөр баяжигддаг. Эхлэлийн шатанд 200ºС-аас доош температурт хүчилтөрөгч нь ихэнхидээ нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба пирогенийн ус байдлаар ялгардаг бол азот нь аммиак байдлаар, бусад азотын нэгдэл хэлбэрээр мөн чөлөөт байдлаар тус тус ялгардаг.

Н.Н.Богдановын тооцоолсноор хүлэрийн задралын гадаад үзэгдэл нь 160ºС-т эхэлж, 200ºС хүрэхэд их биш хэмжээний усанд уусагч нэгдлүүд занарыг хатах үед устай хамт гадагшлана. Мөн түүнтэй зэрэгцэн нүүрстөрөгчийн давхар исэлдэлт явагдаж эхэлдэг. 200ºС дээш үед задрал эрчимжиж байгаа нь харагддаг. 200-250ºС үед СО2, пирогени усны мэдэгдэхүйц ялгаралт үүсч, тослог хүчлийн хэмжээ ихсэж, давирхайн эхний шинж тэмдэг бий болно. /Хүснэгт 3.1/

Хүснэгт 3.1 Хүлэрээс хагас коксжуулалтаар гарах бүтээгдхүүнүүдийн динамик өөрчлөлт

250-300ºС үед хий, пирогени ус, уксусны хүчлийн ялгаралт эрчимждэг. Мөн харьцангуй олон тооны фенол, мэдэгдэхүйц хэмжээний давирхай үүсдэг бол азотын нэгдлүүд маш бага хувиар бий болдог. Эдгээртэй зэрэгцэн хүлэр харлаж эхлэх ба уян хатан чанараа алддаг. 300-400ºС үед их хэмжээний хий, пирогени ус болон уксусны хүчил ялгаруулах занарын задрал хүчтэй явагдаж эхэлдэг. Хий, ус, фенолын гарц аажмаар буурдаг бол азотын нэгдлүүд мэдэгдэхүйц нэмэгддэг.

400ºС-ээс дээш үед процесс унаж эхэлдэг. Давирхай, уксусны хүчлүүд болон фенолын ялгаралт 550ºС хүрэх үед бараг алга болно. Пирогени ус үүсэх нь ч мөн адил багасна.

Хий үүсэлт нь 400-450ºС хооронд унаж байгаад их өндөр температурын үед дахин өсөж эхэлдэг. 400-550ºС хооронд азотын нэгдлүүдийн ялгаралт гол төлөв аммиак байдлаар ихэсдэг. Хүлэрийн цаашдын халалт нь давирхай, уксусны хүчлүүд болон фенолын мэдэгдэхүйц ялгаралтад хүрэхгүй. 600ºС-ээс дээш үед пирогени усны ялгаралт бараг зогсож, харин аммиакийн хэмжээ 700ºС хүртэл үргэлжлүүлэн өсдөг бол хий үүсэлт 800С хүртэл явагддаг.

Хагас коксжуулалтын янз бүрийн бүтээгдхүүнүүдийн гарц нь түлшний бүхэллэг, түүний бүтэц, халалтын хурд болон бусад хүчин зүйлээс шалтгаалж болох боловч бүх тохиолдолд давирхай болон пирогени усны ялгаралт 550ºС үед дуусгавар болж цаашдын халалтын үед хийн ялгаралт л явагддаг.

Температур нэмэгдэх хирээр үүссэн хийн бүтэц хүчтэй өөрчлөгддөг. / Хүснэгт 3.2 /

Хүснэгт 3.2 Янз бүрийн температурын үед хүлэрээс хагас коксжуулалтаар гарах хийн бүтэц

Бага температурт хий нь үндсэндээ СО₂, бага хэмжээний СО-оос бүрддэг. Өндөр температурын үед Н₂ болон СН₄ хэмжээ мэдэгдэхүйц нэмэгддэг бол нүүрстөрөгчийн давхар ислийн агууламж унадаг. 500ºС дээш үед хагас коксонд агуулагдаж буй дэгдэмхий бодисын задралаар үүссэн усаар хий баяжигдана.

Хагас коксжуулалтын процессын үед анхдагч давирхайны бүтцэд тодорхой өөрчлөлт явагддаг. /Хүснэгт 3.3/ Температур нэмэгдэх хирээр H₂, O₂, S-ийн хэмжээ багассантайгаар давирхай нүүрстөрөгч ба азотоор баяжигддаг.

Хүснэгт 3.3 Янз бүрийн температурын үед хүлэрээс хагас коксжуулалтаар гараханхдагч давирхайн шинж

Процесст үүсч буй бүтээгдхүүнүүдийн бүтэц ба гарц нь олон хүчин зүйлээс шалтгаалдаг. Юуны өмнө хагас коксжуулалтанд ашиглагдаж байгаа хатуу түлшний төрлөөс шалтгаалах боловч гол нь дулааны задрал явагдаж эхлэх температураас хамаарна. Төрөл бүрийн түлшүүдэд энэ үзүүлэлт дараахь байдалтай байна. Үүнд:

Хатуу түлшний төрөл бүрийн хувьд хагас коксжуулалтаар гарах бүтээгдхүүнүүдийн гарц ба бүтцийг хүснэгт 3.4, 3.5-д үзүүлье.

Хүснэгт 3.4 Хатуу түлшний хагас коксжуулалтаар гарах бүтээгдхүүнүүд

Хүснэгтээс харахад түлшний төрөл залуу байх тусам хагас кокс бага хэмжээгээр ялгарч, харин давирхай болон хийн гарц нэмэгдэж байна. / хийн бүтцэд нүүрстөрөгчийн давхар исэл агуулагдана./ Чулуун нүүрсний хагас коксжуулалтаас бий болох хий нь Н2, СН-г ихээр агуулдаг, харин СО₂-ын хувь харьцангуй их биш. Хүлэр болон занарыг боловсруулахад давирхайн гарц ихээр ажиглагдаж байна.

Нүүрсний органик массын элементүүдийн хуваарилалт нь хагас коксжуулалтаас гарах бүтээгдхүүнүүдийн гарцын хоорондохь харьцаа дараахь байдалтай байна. Үүнд:

Хүчилтөрөгчийн 50% нь пирогени усанд, 10-30% нь нүүрстөрөгчийн давхар исэлд үлдэх хэсэг нь нүүрстөрөгчийн исэл болон давирхайнд, Н₂-ын 20-30% нь метанд, 3-4% нь олефинд, үлдэх хэсэг нь ус ба давирхайнд, хүхрийн 80% хүртэлхи нь H₂S төлөвд, нүүрстөрөгчийн 5% нь хийн бүтээгдхүүнд, 8% нь давирхайнд тус тус хувирч харин үлдсэн хэсэг нь хагас кокс  болж байна.

Хүснэгт 3.5 Хатуу түлшний хагас коксжуулалтаар гарах хийн бүтээгдхүүнүүдийн шинж

Хагас коксжуулалтаас гарах бүтээгдхүүнүүдийн тоо хэмжээ нь хагас коксжуулалтанд ашиглагдаж байгаа хатуу түлшний бүхэллэгтэй харилцан хамааралтай. Бүхэллэг хэмжээ их байх тутам давирхайн гарц үлэмж багасч харин пирогени ус болон хийн гарц нэмэгдэж байна. Учир нь хатуу түлшний гадна тал нь доторхи төв хэсэгтэйгээ дулаан дамжуулалт сул байдгаас температурын ялгаа үүсч энэ нь түлшний овор хэмжээтэй шууд хамааралтай болдогт оршдог. Иймд доторхи төв хэсэг нь халсан гадна талаасаа цаг хугацааны хувьд хоцорч процесст ордог. Доторхи төв хэсгээс ялгарах дэгдэмхий биет илүү халсан шугамаар нэвтрэхдээ хоёрдогч дулааны өөрчлөлтөнд ордог. Энэ нь давирхайг тусдаа хэсэг болон задрахад хүргэж, үр дүнд нь хүнд фракцууд болон хийн бүтээгдхүүнүүд үүснэ. Хэдий чинээ бүхэллэг бага байх тусам дэгдэмхий биетүүд төвөөсөө хийн эзэлхүүн рүү хурдан орж, ингэснээрээ давирхай нь хоёрдогч дулааны өөрчлөлтөнд төдий чинээ бага өртөнө.

Хагас коксжуулалтаас гарах бүтээгдхүүнүүдийн гарц ба бүтэцэд түлш халах дээд температур онцгой нөлөөтэй байдаг. Хүснэгт 3.1-д зарим хэсгийг нь харуулсан. Дээр ньХүснэгт 3.6-д Хүлрийн хагас коксжуулалтаас гарах бүтээгдхүүнүүдийн гарцад нөлөөлөх температурын нөлөөг үзүүллээ. Дээд температурын өсөлт нь давирхай, пирогени ус, хийн гарцыг нэмэдүүлэхэд хүргэнэ. Энэ нөхцөлд хагас коксын гарц буурч байна.

Хүснэгт 3.6 Хүлрийн хагас коксжуулалтаас гарах бүтээгдхүүний гарцад нөлөөлөх температурын нөлөө

Хагас коксжуулалтаас гарах бүтээгдхүүнүүдийн гарцад температураас гадна нүүрсний халах хурд нөлөөлдөг. Сүүлийн үеийн үйлдвэрийн зуухнуудад температур өсөлтийн дундаж хурд 1 cek/мин байдаг байна. Хүснэгт 3.7, 3.8-д Рурын нүүрсний сав газрын /Герман/ чулуун нүүрсийг халалтын өөр өөр хурдаар хагас коксжуулсныг харуулья.

Хүснэгт 3.7Чулуун нүүрсийг түргэн ба удаан халаахад  хагас коксжуулалтаас гарах бүтээгдхүүний гарц/г/кг/

Хүснэгт 3.8 Чулуун нүүрсийг  хагас коксжуулалахад хийн бүтэц болон түүний шаталтын дулаанд нүүрсний халалтын хурдын нөлөө

Хагас коксжуулалтын түргэн халалтын үед хий, пирогени ус, давирхайн тоо хэмжээний бууралтаар шингэний гарц нэмэгдэж байгаа нь ажиглагдаж байна. Энэ нь нүүрсний түргэн халалтад үүсэх давирхай нь хий болж шууд ялгарч хоёрдогч өөрчлөлтөд орохгүйгээр тайлбарлагдана. Хагас коксжуулалтын удаан халалт явагдахад нүүрсэнд агуулагдах их хэмжээний хүчилтөрөгч нь пирогени усанд шингэж ялгардаг. Сонирхолтой нь давирхайн хүнд фракцийн задрахад үүсэх хатуу биет нь хагас коксын нягтыг нэмэгдүүлж, чанарыг нь үлэмж сайжруулдаг юм байна. Хүснэгт 3.8-д үзүүлснээр түргэн халахад үүсэх хий нь нүүрстөрөгчийн исэл болон ханаагүй нэгдлүүдийн агуулгыг баяжуулж, харин устөрөгч, доод парафинуудын эзлэх хувийг хорогдуулна. Энэ нь удаан халалтын явцад давирхайн бүрдлийн хоёрдогч өөрчлөлтөөр нэмэлт устөрөгч, метаны бий болохтой холбоотой.

Хагас коксжуулалтаар авах давирхайны зарим шинж чанарт нөлөөлөх халалтын хурдын нөлөөг дараахь өгөгдөхүүнээр шүүж болно.

Нүүрсний удаан халалтын явцад давирхай нүүрстөрөгч болон устөрөгчөөр баяжигдсан тохиолдолд хүхрийн агуулга ялангуяа хүчилтөрөгч маш багасдаг. Давирхайн дахь дулааны тогтвортой нэгдлүүд болох үнэрт нүүрсустөрөгчүүд /33,11-16,12%/, фенолууд /25,42-14,1%/ агуулга нь өссөн нь хүснэгтээс  харагдаж байна. Ингэснээрээ дулааны удаан дамжуулалтын үед давирхайнаас ялгарах хийнүүд нь гүнзгий өөрчлөлтөнд илүү ордог.

Өндөр даралтуудын үед хагас коксжуулах процесс нь удаан халалтын явцад ба том бүхэллэгтэйг боловсруулахтай нэгэн ижил үр дүнг харуулдаг. Өндөр даралтын үед түлшний төв хэсгээс гарах хийн ялгаралт саатаж, энэ нь төв хэсгээсээ илүү халсан шугамаар дамжих үед тэдгээрийг хоёрдогч дулааны задралд аваачна. Үр дүнд нь давирхайн гарц хэд дахин багасах ба харин хийн хэмжээ төдийчинээ нэмэгддэг./хүснэгт 3.9/  Энэ нь тухайн тохиолдолд хэсэгчилсэн пиролизоор үүсэж болох давирхайнаас гарах хийн үр дүнд ч биш харин дараахь урвал явагдсанаар метаны агуулга өсдөгийг илтгэж байна.

CO+3H₂=CH₄+H₂O         /3.4/

Өндөр даралтын явцад энэ урвалын тэнцэл баруун тал руу шилжиж эзэлхүүний багасалттай болж байна. Метанаар баяжигдсанаар хийн шаталтын дулаан нэмэгдэж байна.

Дээрхи үндэслэлээр нэг ба түүнтэй адил технологийн температурын үед нэг ба түүнтэй ижил түлшний хувьд бүхэллэг, халалтын дулаан, даралт өөрчлөгдөхөд давирхай ба хийн өөр өөр гарц, бүтцүүдийг гаргаж авдаг гэж тогтоож болно.

Процесст бий болох хагас коксын хэмжээ нь дээр дурьдсан параметрүүдээс бага хамааралтай харин гол төлөв боловсруулагдаж буй түлшний төрлөөр тодорхойлогддог.

Хүснэгт 3.9 600ºС технологийн температурын үед нүүрсийг  хагас коксжуулалахад даралтын нөлөөлөл

3.1.3 Процессын техник-технологийн баримт бичиг

Хагас коксжуулалтын процессын үед урвал явагдах хэсэгт их хэмжээний дулаан /1 кг түлшинд 1200-1500 кДж/ өгөх нь зайлшгүй, иймд аппаратур бүтээх гол даалгавар нь технологийн дулаан солилцоог хангах явдал юм.  Түлш боловсруулагдах зууханд дулаан өгөх аргаас хамааран үйлдэгдэх процессыг гаднаас болон дотроос халаалттай зуухны гэж 2 хуваадаг. Эхний тохиолдолд ямар нэгэн түлшийг шатаах замаар гаргаж авсан хийн утаанаас үүссэн дулаан камерын ханаар /металл эд ангиар, эсвэл галд тэсвэртэй материалаар хийгдсэн/ дамжин хатуу түлш рүү шилждэг. Энд хийн утаа урвалын холимогийн хийн ууртай холилдох ямар ч боломжгүй. Хоёр дохь тохиолдолд  технологийн температурт хүртэл урьдчилан халаасан хийн / заримдаа хатуу биет/дулаан дамжуулагчийг хатуу түлшний гадна тал руу шахдаг. Эдгээр нөхцлүүдэд дулаан солилцооны урсгалуудын үйлчлэл илүү эрчимтэй явагдсанаар зуух халаах түлшний зарцуулалт ба орчин тойрны дулаан алдалт багасч, хагас коксжуулалтын процесс түргэсдэг. Биесийн халалт доод түвшинд хүрдэггүйн улмаас давирхайн пиролозид хоёр догч өөрчлөлт явагдаж ингэснээрээ давирхайн гарцыг нэмэгдүүлдэг.

Дотроос халаалттай зуухны дутагдалтай тал нь хийн дулаан дамжуулагч нь /1 тонн боловсруулагдсан нүүрсэнд 1000 м.куб хүрч болох хэмжээ/ процесст үүсэж буй холимогийн хийн ууртай холилдогт байдаг. Энэ шалтгааны улмаас гарц бүтээгдхүүнүүд нь хий-дулаан дамжуулагчаар найрлагдаж, ингэснээрээ давирхайн хийн ялгаруулалтыг хүндрүүлэн тоног төхөөрөмжийн овор хэмжээг нэмэгдүүлэх ба энэ үед зарцуулах эрчим хүчний зардлыг өсгөн харин хийн гарцын шаталтын дулааныг бууруулдаг. Түүнээс гадна энэ аргыг нягтарсан нарийн ширхэгтэй түлшийг боловсруулахад хэрэглэхгүй, учир нь энэ тохиолдолд тоног төхөөрөмжийн өндөр гидравлик эсэргүүцлийн улмаас хий-дулаан дамжуулагчийн даралтыг үлэмж нэмэх шаардлагатай болно. Гаднаас халаалттай зуухны хувьд эдгээр дутагдал байддаггүй. Гэвч дотроос халаах дулааны арга нь өргөн эрэлттэй, учир нь хүчин чадал өндөр /хоногт 300т нүүрс түүнээс дээш/ байдаг бол гаднаас халаалттай аргаар хоногт 15-30 тонн нүүрс гаргах боломжтой юм.

Дотроос халуун дамжуулах хагас коксжуулах процессын сонирхолтой янз бүрийн хувилбар байдгийн нэг нь урьдчилан халаасан хөдөлгөөнт гранулированный материалуудыг /керамик хэсгүүд, кокс, металл бөмбөлгүүд/ хэрэглэдэг явдал юм.

Энэ тохиолдолд эрчимт дулаан солилцоог хангаж, хийн утаагаар баяжигдаагүй хийн уурыг гарган авч чаддаг. Энэ хувилбар туршилтын үйлдвэрлэлийн хүрээнд амжилттай туршигдсан боловч одоохондоо өргөн дэлгэрээгүй байна.

Хүснэгт 3.10 Хүрэн нүүрсний брикетийг дотроос халаах зууханд  хагас коксжуулалахад гарах материалын баланс/100кг чийгтэй түлшинд/

Дотроос халуун дамжуулах зууханд 15% - ийн чийг агуулсан хүрэн нүүрсний брикетийн хагас коксжуулалтын материалын болон дулааны балансыг хүснэгт 3.10, 3.11-т тусгалаа.

Түлшний хийн зарцуулалтын коэффициент нь /1тонн/м.куб/ хатаалтын хэсэгт 70-75, хагас коксжуулалтын хэсэгт 90-95 болж байна. Эргэлтийн хийг оролцуулж тооцоход 1 тонн нүүрсийг боловсруулахад ойролцоогоор 1000 м.куб дулаан агуулагч-хий шаардагддагаас 300 м.куб нь хөрсөн хийнээс /зуухны доод бункер рүү өгөгдөх/ 700 м.куб утаа- хийн эргэлтийн хольцоос бүрддэг. Зуухаас гарах хий болох анхдагч хий ба утаа-хийн хольц нь 50% хүртэл азот агуулж байдаг, иймээс түүний дулаан шаталт нь их биш /6000-8000кДж/м3/.

Зуухыг ашиглахад хатаалтын камерын доод хэсгийн даралт нь хагас коксжуулах камерын дээд хэсгийнхтэй адил байх нь маш чухал. Эсрэг тохиолдолд нэг камераас нөгөө рүү нь хий алдагдах боломж бүрдэж энэ нь үнэхээр хүсэх зүйл биш.

Зуухнаас гарах хийн бүтээгдэхүүнүүд нь зөөгдсөн нүүрсний тоосноос цэвэрлэгдэж скруббер маягийн хөргөгчинд эргэлтийн давирхайн усаар угаах замаар 130ºС хэм хүртэл хөрдөг. Энэ үед давирхайн хүнд фракцууд нь конденсацид орж тунана. Цахилгаан фильтрүүдэд давирхайн манангаас хийн цэвэрлэгээ явагдана. Цаашдаа хий нь усны уур болон давирхайн дундаж фракцийг конденсацлах зорилгоор хөргөлтийн хоолойд 25-30ºС хүртэл хөрдөг. Хийн боловсруулалтын эцсийн шатанд хийнээс абсорбцион аргаар хөнгөн нүүрс-устөрөгчийн уурыг ялгаж, үүний дараа хийг хэрэглэгчид илгээнэ./хийн үндсэн хэсэг нь хагас коксжуулалтын процессод зуухны камерт шатаагдаж зарцуулагддагыг мэдэж байвал зохино./

Шатдаг занарыг хагас коксжуулах процесс нь өөрийн гэсэн онцлогтой байдаг. Энэ төрлийн хатуу түлш нь липоид үүсэл давамгайлсан органик бодис агуулах тунамал чулуулаг байдлаар илэрхийлэгдэх ба хагас коксжуулалтаар давирхайн гарц 25%  орчим ялгардаг шинж чанартай. Органик массын хэмжээнээс хамааран энэ үзүүлэлт 60% хүрч болох ба ингэснээрээ бусад шатах ашигт малтмалуудаас ашигтай байдлаар ялгардаг.

Занарын боловсруулалт нь түүний үнсжилтийн зэрэг /40-60%/ өндөр байдгаас болж хүндэрдэгээс гадна мөн органик масс нь 300-350ºС халаах үед пластик байдалд /термобитум/ шилждэг нь хүндрэл авчирдаг. Занарын үнслэг хэсэг нь адсорбци шинж чанар өндөртэйгөөс халалтын үед органик бодисуудыг давирхай, хий болгон бүрэн шилжүүлж чаддаггүй. Хий-уурын хольц нь үнсний хэсэгт адсорбцид орж коксождог.

Хүснэгт 3.11 Хүрэн нүүрсний брикетийг дотроос халаах зууханд  хагас коксжуулалахад гарах дулааны баланс/100кг чийгтэй түлшинд/

Давирхайн гарцыг нэмэгдүүлэхийн тулд занарын хагас коксжуулалтыг хийн дулаан зөөгчөөр явуулах нь ашигтай байдаг. Энэ зорилгоор занарыг боловсруулахын өмнө хэт хатаалтыг явуулахгүй байх нь дээр учир нь усны уурын хатаалтын үед уур нь хийн дулаан зөөгчийн үүрэг гүйцэтгэж хий дэхь давирхайн уурын парциал даралтыг багасгаснаар занарын ширхэгүүдээс давирхайн ялгаруулалах нөхцлийг сайжруулдаг. Занарын дулааны хуваагдлын судалгаанаас харахад энэ түлшний ширхэгийн өндөр температурт удаан хугацаанд байх өөрчлөлт нь гарган авах давирхайн физик-хими шинж чанарт мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлддэггүй юм байна.

Занарын давирхай нь 82-84% нүүрстөрөгч, 9,5-10,5% устөрөгч, 5,5-6,5% хүчилтөрөгч агуулдаг. Түүний бүлгийн бүтцийн ялгагдах онцлог нь их хэмжээний хүчилтөрөгч агуулсан бодис / кетон, альдегид, спирт, эфир, фенол/ агуулдагт оршино. Үүний хүчинд занарын давирхайнаас нефтийн бүтээгдэхүүнээс гарган авах боломжгүй эсвэл одоо цагт эдийн засгийн үр ашиггүй зарим бүтээгэхүүнийг гарган авч болно. Дээр дурьдсан шалтгаанаар шатдаг занарыг дулаан боловсруулах үндсэн чиглэл нь максимум хэмжээний давирхайг гарган авахад оршино. Хагас коксжилтоос гарах хатуу үлдэгдэл нь тухайн тохиолдолд их хэмжээний үнс /65-80%/ агуулдаг тул утаагүй түлшний хувьд сонирхол татахгүй. Өндөр шаталтын дулаан /16000-17000 кДж/м3/-тай хий гарган авдаг шатдаг занарыг хагас коксжуулах арга өнөөдрийг хүртэл үйлдвэрийн ач холбогдлоо алдаагүй байна. Энэ процессоор Балти хавийн занарын ордоос хийн түлш боловсруулж ахуйн болон технологийн хэрэгцээнд ашиглаж байна.

Гарган авах хийн шаталтын дулааныг нэмэгдүүлэхийн тулд түүнийг хий-дулаан зөөгчтэй/дотоод дулаан дамжуулалтын үед хэрэглэгддэг/ холилдохыг зогсоох шаардлагатай. Үүнтэй холбоотой занарын хагас коксжуулалт нь гадаад халаалттай аппаратур – зуухны камерт явагддаг. Зуухны камерыг галд тэсвэртэй-динас тоосгоор барих ба энэ нь 9-10 м өндөр, 3,5-4 м урт, 400-460 мм өргөнтэй /камер аажмаар доошоогоо өргөсдөг/ байдаг. Камерын тоо 4-өөс 23 хүртэл байж болох ба тэдгээрийг батарейд нэгтгэдэг. Камер бүр нь агаар халаах болон шатаах хийн регенераторуудтай. Шаардагдах дулааныг босоо-  нарийн худгаар хуваагдсан, зэргэлдээ камеруудын халаалтын ханауудын дунд орших хийн түлшийг шатаах замаар гарган авдаг. Шаталтын бүтээгдэхүүнүүдийг хаях сувгийн тусламжтайгаар зэргэлдээ босоо халаах хана руу явуулж регенераторуудаар дамжуулан батарейгаас гаргана. 30 мин бүрийн дараа түлшний хий болон агаар өгөлтийн чиглэлийг нэг халаах хананаас нөгөө рүү нь шилжүүлнэ, утаан хийн гаралтыг мөн адил шилжүүлнэ. Энэ нь камерыг жигд халаах явдлыг хангаж өгнө. Хийн генераторт занарыг хийжүүлэх замаар гаргасан бага калоритай хийг голдуу түлшний зориулалтаар ашигладаг.Буулгах төхөөрөмжөөс занар /25-125 мм хэмжээтэй/ камерын дээд хэсэг рүү орж аажмаар доошилсоор хагас коксжуулалт эхэлдэг. Урвалын бүтээгдэхүүнүүд нь энэ зүгт чиглэж хийн цонх руу  шилждэг.

Доод хэсэг рүү, камерын өргөссөн тал руу хэсэг хэмжээний органик масс /17% хүртэл/ агуулсан кокс-үнсний үлдэгдэл орно. Түүнийг ашиглахын тулд энэ зонд бага хэмжээний /1тонн занарт 100 м.куб/ агаар оруулж өгнө. Энэ үед 12-15%  CO₂+H₂S,  0,6-0,8%  C₂H₂, 0,4-0,5% O₂, 1,8-2,2% CO, 13-14% H₂, 2,9-3,2% CH₄, 64-68% N₂ агуулсан хийг дуустал хийжүүлнэ. Хийжүүлэлтээс гарах дулаан нь камерын дээд хэсгийн хагас коксжуулалтанд ороогүй занарт зарцуулагдана. Доод хэсэгт дэхь үнсний үлдэгдэл нь усаар хөрч буулгах төхөөрөмжөөж камераас гарна.

Шатаах камераас гарч буй хий нь хоёрдугаар шатанд 25-30ºС хүртэл хөрдөг, энэ үед давирхай, усны хийн үндсэн хэсэг нь конденсацлагддаг. Цаашдаа солярын тостой абсорбцилагдсан хийн бензин ба тосон манангаас цахилгаанстатикаар үүссэн хий нь урьдчилсан боловсруулалт руу унадаг. Бий болсон хий нь эхлээд мишьяк-содын уусмалаас ялгарсан хүхэрт устөрөгчийг /1% орчим/өөртөө агуулдаг, харин сүүлийн нарийн боловсруулалт нь төмрийн ислээр /намгийн хүдрээр/ абсорбцилагддаг. Цаашид солярын тостой хийн бензиний үлдэгдэл ба диэтиленгликолтой хийн хатаалтаас абсорбцилагдах процесс үргэлжилдэг, үүний дараа л хий нь ахуйн болон технологийн түлшний зэрэгт тэнцдэг.

Балти хавийн занарыг зуухны камерт хагас коксжуулах үндсэн үзүүлэлтүүдийг дор дурдъя.

Камерын бүтээмж

Занарт, тн/хон                                                                                                                16,5

Хийнд, м³/хоног                                                                                                              5,90

Занарын чийгшил, %                                                                                                       8,6

Занарын шаталтын дулаан, кДж/кг                                                                                   13400

Занарыг боловсруулахад шаардагдах дулааны зарцуулалт кДж/кг                                        2540

Хувийн гарц

Хий, м³/тонн                                                                                                                  339

Давирхай, кг/тонн                                                                                                          50

Хийн бензин, кг/тонн                                                                                                     19

Коксын үнсний үлдэгдэл, кг/тонн                                                                                    620

Гарган авсан хийн бүтэц, %

CO₂+H₂S                                                                                                                        17.0

C_mH₂n                                                                                                                            6.3

O₂ 0.6

CO                                                                                                                                10.6

H₂ 2.86

C_nH_2n+2 17.1

N₂ 19.6

Хийн шаталтын дулаан, кДж/м³ 17400

Эдгээр өгөгдөхүүнүүдээс харахад шатдаг занарыг зуухны камерт хагас коксжуулахад хийтэй зэрэгцээд давирхай болон хийн бензин зэрэг шингэн фракцууд бий болдог бөгөөд эдгээрийг боловсруулж химийн үнэт бүтээгдэхүүнүүд, хөдөлгүүрийн түлш гарган авч болдог.

3.1.4. Процессын хөгжлийн хэтийн төлөв

Орчин үед хатуу түлшийг хагас коксжуулах шинэ хувилбарууд боловсруулагдаж байна. Зорилго нь хатуу түлшээс аль болох их хэмжээний давирхай гарган авах нөхцлийг бүрдүүлэх явдал юм. Анхдагч давирхайн бүтцэд олон янзын органик нэгдлүүд ордог, иймээс тэрээр зөвхөн хөдөлгүүрийн түлш гарган авдаг эх үүсвэр төдийгүй газрын тосны нүүрсустөрөгчөөс одоо цагт гарган авах боломжгүй буюу эдийн засгийн хувьд ашиггүй химийн үнэт түүхий эд /олон атомт фенолууд, лав, парафин/-ийг гарган авч болдогоороо сонирхол татдаг.

Хагас коксжуулах шинэ боловсруулалтын үндэс нь пиролизийг хурдлуулах үед давирхайн гарц нэмэгдэх  өөрөөр хэлвэл түлшийг 400-450⁰С түүнээс өндөр температурт маш богино хугацаанд /секундын доль/  халаах явдал юм. Энэ нөхцөлд давирхайн хэсгүүдийн суух хоёрдогч урвал хөгжиж амждаггүй тул давирхайн хэмжээ нэмэгддэг. /хүснэгт 3.7/ Орчин   цагийн боловсруулалтын өөр нэг чухал элемент нь хийн төлөвт болон хатуу дулаан зөөгчийг ашигласан дотоод дулаан дамжуулагчыг хэрэглэдэг болсон явдал юм.

Олон шатлалт нүүрсний пиролиз ба дараалсан хагас коксын хэсэгчилсэн хийжүүлэлт бүхий ирээдүйтэй процессуудын нэг нь Cogas арга юм. Урьдчилан хатааж, буталсан /3мм-ийн хэмжээтэй/, 350⁰С хүртэл халаасан нүүрсийг 450, 540, 870⁰С –т 1, 2, 3 гэсэн дараалсан 3 пиролизэд хагас коксжуулъя. Зөвхөн эхний 2 аппаратаас хагас коксын бүтээгдэхүүнийг гарган авах ба 3 дахаас гарах хийн уурын холимогийг нэг ба хоёр дахьд дулаан дамжуулагч хэлбэрээр ашиглана. Энэ аргаар хүрэн нүүрсийг хагас коксжуулахад дараахь бүтээгдэхүүнүүдийг гаргаж авсан. Үүнд: хагас кокс 54,4%, давирхай 23,6%, пирогени ус 7%, хий 15%. Үүнээс хий нь дараахь бүтэцтэй: 21,1% СО, 51% Н₂, 20,9% СН₄, 6% С₂Н₆.  ЗХУ-д /институт горючих ископаемых/ боловсруулагдсан Канско-Ачинскийн ордын урьдчилан 1-2 мм хүртэл бутлагдсан хүрэн нүүрсийг халааж хэрэглэдэг арга байдаг. Түүний онцлог ялгаа нь хурдтай халаахын тулд вихревых камерын нүүрсийг үндсэн аппарат байдлаар хэрэглэдэгт оршино. Энэ процессын зорилгот бүтээгдэхүүн нь хатуу үлдэгдэл буюу илчлэг өндөртэй нүүрс юм. Тэрээр шаталтын дулаан өндөртэй /анхдагч нүүрс 16 000 кДж/кг – хагас кокс нь 25 000 кДж/кг/ ба микро, макропор салаалсан системтэй нь хийжүүлэлт буюу шаталтын үед цаашид ашиглах түүний процессыг эрчимтэй болгодог.

Нэг бол өндөр шаталтын дулаантай / 20 000- 22 000 кДж/м³/ нүүрсустөрөгчийн түлшний хий эсвэл давирхай ба хагас кокс гарган авах боломжтой Garret процессын тухай тайлбарлъя. Бутлагдсан нүүрс реакторын дээд хэсэг рүү орж халуун хагас кокстой холилдон 870⁰С /хий гарган авах тохиолдолд/ эсвэл 570⁰С /шингэн бүтээгдэхүүний гарц өндөр байлгах тохиолдолд/ үед 2 секунд үргэлжлэх хурдтай пиролиз явагдах урвалдах зон руу хөдөлнө. Garret процессын хийн гарц нь 30%-д хүрдэг. Хий нь дараахь бүтцийг агуулдаг. Үүнд: 26,8% Н₂, 30% СО, 8,5% СО₂, 22,4% СН₄, 12,3% С_nH_2n Хийгээс гадна реактор руу буцаж орж болох хүнд шингэн нүүрсустөрөгч 10% бий болдог. Хагас кокс нь 10% дэгдэмхий бүтээгдэхүүн агуулсан 26 000 кДж/кг шаталтын дулаантай. Шингэн бүтээгдэхүүн гарцыг давуу байлгах хувилбарын хувьд: хагас кокс 56,7%, давирхай 35,0%, хий 6,6%, пирогени ус 1,7%

Cogas болон Garret процессуудад давирхайн гарц өндөр байдаг нь хагас коксжуулалт нь устөрөгч агуулсан хийн орчинд явагдсанаар гидропиролизийн процесст орж нүүрсний нэг хэсэг нь устөрөгчтэй харилцан үйлчилж хийн төлөвт ба шингэн бүтээгдэхүүний нэмэлт хэмжээ үүсдэгээр тайлбарлагдана.