Гідрогенізація і розчинення вугілля
На відміну від молекулярного кисню, який взаємодіє з твердими горючими копалинами при низьких температурах, молекулярний водень в цих умовах практично не реагує з ТГК, хоча адсрбується ними. Реакції, в яких водень поводиться як відновник, протікають лише при високих температурах, що пов'язано з високою енергією активації молекул водню, які зазнають дисоціації на атоми з поглинанням енергії. Помітна термічна дисоціація молекулярного водню спостерігається лише при температурі 1725-2225 0С. Водень, що утворюється при цьому, атомарний і має більш високу хімічну активність.
Потрібно розрізнювати поняття про гідрування і гідрогенізацію органічних речовин. Під терміном "гідрування" розуміють приєднання водню, наприклад, по ненасичених зв'язках, а під термінами "гідрогенізація" або "деструктивна гідрогенізація" поєднання реакцій термічної деструкції з гідруванням.
Гідрогенізація є універсальним методом переробки твердого палива в рідкі продукти і газ. При гідрогенізації вугілля під тиском водню найбільш ефективно вирішується основна задача перетворення твердого палива в рідкі продукти, що полягає в зменшенні середньої молекулярної маси і збільшенні вмісту водню в продуктах переробки вугілля, а також досягається максимальний вихід рідких продуктів в порівнянні з іншими методами. Технологія гідрогенізації в порівнянні з іншими методами малоопераційна і маловідходна, може бути здійснена на установках великої потужності, сумірної з потужністю нафтопереробних підприємств. Термічний КПВ гідрогенізації вугілля істотно вище за інші методи переробки і досягає 56 % в порівнянні з 40-45 % при газифікації вугілля і синтезі з газу моторного палива.
Науково-дослідні роботи в галузі гідрогенізації вугілля мають 75-літню історію. У ряді країн (Німеччина, Англія, СРСР і ін.) тривалий час функціонували промислові установки по гідрогенізації кам'яного і бурого вугілля, вугільних смол в моторне паливо.
В останні роки інтенсивно проводяться дослідження направлені на вдосконалення технологій гідрогенізації вугілля з метою зниження тиску водню та інтенсифікації процесу. У Росії побудовано експериментальне виробництво СТ-5 по переробці 5 т вугілля на добу. У основу виробництва покладено процес гідрогенізації вугільно-масляної пасти під тиском водню до 100 МПа. в присутності залізо-молібденового каталізатора при температурі біля 400 0С.
Органічна маса вугілля (ОМВ) є термодинамічно нестійкою природною речовиною полімерного характеру, нерегулярної просторової будови, структурні одиниці якої представлені в основному комплексами самооасоційованих утворень (мультимерів). Висока реакційна здатність вугілля визначається наявністю неміцних хімічних і слабких міжмолекулярних зв'язків (типу водневих), а також нестабільних радикалів. Руйнування таких зв'язків для отримання низькомолекулярних, розчинних з'єднань, необхідно здійснювати одночасно з передачею їм водню від донорів-розчинників або з газової фази після активації (атомізації) відповідними каталізаторами.
Внаслідок специфічних особливостей хімічної будови органічної маси вугілля на молекулярному рівні при її нагріванні і деструкції насамперед протікають процеси, що супроводжуються утворенням так званих повторних структур. Ці перетворення носять радикально-ланцюговий характер, протікають з високими відносними швидкостями і закінчуються при температурах 300-400 0С.
Перетворення в рідкі продукти "повторних структур", що мають переважно ароматичні фрагменти, неминуче пов'язане з необхідністю подальшого застосування високого тиску водню і з втратами органічної речовини у вигляді газоподібних сполук, що утворюються при деструкції конденсованих ароматичних фрагментів. Присутність в реакційній суміші розчинників донорів водню і каталізаторів, сприяючих активації молекулярного водню, перешкоджає протіканню вказаних небажаних перетворень і приводить до максимального перетворення вугілля в рідкі продукти.
На основі великого експериментального матеріалу сьогодні встановлено, що вугілля з хорошої гідруємістю містить від 65 до 85 Сdaf, понад 5 % Нdaf, мають вихід летючих Vdaf понад 30%, зольність 10-12 % і меньше та показник відбиття вітриніту 0,35 - 0,95%.
У 30-40 роки нашого сторіччя в деяких країнах, що не мали власних запасів нафти (в основному в Німеччині), деструктивна гідрогенізація вугілля і смоли набула промислового поширення. У Німеччині було побудовано 15 гідрогенізаційних заводів по переробці 6 млн. т сировини на рік. При переробці вугілля на цих заводах вихід моторного палива досягав 55 %, газоподібних вуглеводнів 30 %, води - до 10 %, а непрореагованний залишок складав біля 5 % ОМВ. Багатоступінчаста схема давала можливість переробляти практично будь-яку сировину, однак, велике число рівнів сильно ускладнювало і здорожувало процес.Проводячи направлену гідрогенізацію, тобто змінюючи параметри процесу - тиск, температуру, тривалість, вид каталізатора з одного і того ж вугілля можна отримувати різні види палива (бензин, дизельне і котельне), а також цінну сировину для хімічної промисловості (феноли, ароматичні вуглеводні).