Węgiel - przerób wczoraj, dziś i jutro

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Kiedyś Mendelejew powiedział, że topienie się w oleju jest jak wrzucanie banknotów do pieca. To samo można powiedzieć o węglu. Recykling zmniejsza obciążenie środowiska i praktycznie eliminuje z węgla szkodliwe zanieczyszczenia zawierające siarkę. Rozważmy główne metody i procesy przeróbki węgla, a także wynik i produkty z niego uzyskane.

Przeszłość węglowa

Ludzkość zna węgiel jako paliwo od starożytnej Grecji. Ale przemysł węglowy jako samodzielny przemysł wyróżniał się dopiero w XVIII wieku. Na początku XIX wieku węgiel zaczął być bardzo aktywnie wykorzystywany - paliwo do transportu, produkcji energii elektrycznej, hutnictwa, przemysłu chemicznego, samochodowego i stoczniowego itp. Potrzebne były lepsze surowce.

Metody przerobu węgla zostały opracowane w XX wieku, aby jakość wydobywanych surowców była wyższa. Miały one wady, takie jak niska wydajność produktów, sztywne ramywdrożenie procesu. Jednak wraz z wprowadzeniem do procesu różnych katalizatorów wydajność produktu stała się wyższa, a przez to tańsza, a przejście procesu nie wymagało już ścisłego przestrzegania wszystkich warunków.

Dziś wydobycie i przetwarzanie węgla to krok w przyszłość. Odbywa się to na pięć sposobów. Wybór metody zależy od pożądanego produktu końcowego.

Piroliza

Ta metoda przeróbki węgla stosowana jest od dawna. Pod koniec lat 90. W XIX wieku wiedzieli, jak podgrzewać węgiel bez dostępu powietrza, aby spowodować zniszczenie cząsteczek polimerów, a następnie ich przekształcenie. Produkty obróbki termochemicznej występują w stanie stałym, ciekłym i gazowym.

Nowoczesne koksowanie (inna nazwa pirolizy) odbywa się w temperaturach między 900 a 1100 °C. Produktem procesu jest koks, który znajduje zastosowanie w przemyśle metalurgicznym zarówno żelaznym jak i nieżelaznym, a także produkt uboczny w postaci mieszaniny gazów i par.

Około 250 substancji chemicznych jest później odzyskiwanych z wysokotemperaturowej mieszaniny koksowniczej, w tym benzen, naftalen, fenole, amoniak i związki heterocykliczne. Wprowadzenie katalizatora do procesu przyczyniło się do powstania koksu o drobnoziarnistej strukturze wewnętrznej - bardziej wartościowego rodzaju koksu handlowego.

Półkoksowanie

W celu uzyskania paliwa (płynnego lub gazowego) z węgla w procesie przetwarzania stosuje się niskotemperaturowe koksowanie w temperaturze 500 °C. Proces również nie jest innowacyjny, znany jest od dawna. Wcześniej celem było pozyskanie paliwa stałego z węgla brunatnego, bardziej wartościowego energetycznie. Obecnie proces przeróbki węgla metodą półkoksowania z użyciem katalizatora utleniania zwiększył przyjazność produktu końcowego dla środowiska, zmniejszył stężenie substancji rakotwórczych i szkodliwych. Powstała żywica jest używana do produkcji rozpuszczalników i paliw.

Destrukcyjne uwodornienie

Ta metoda przetwarzania węgla ma na celu przekształcenie paliwa stałego w „syntetyczny olej” w temperaturze 400-500 °C i pod wpływem wodoru. Idea takiej obróbki pojawiła się w latach 20. ubiegłego wieku. W latach 30. i 40. pierwsze przedsiębiorstwa przemysłowe zbudowano w Niemczech i Wielkiej Brytanii, ale w ZSRR proces ten na skalę przemysłową zastosowano dopiero w latach 50.

Mieszanka glinu, molibdenu i kob altu jest stosowana jako katalizatory w rafinacji ropy naftowej. Początkowo stosowano go również do węgla, ale jak się okazało, proces ten można znacznie taniej, bez utraty wydajności, stosując jako katalizator rozpowszechnioną rudę żelaza – magnetyt, piryt lub pirotyn. Taki wynik był łatwy do obliczenia, jeśli wiadomo, że kataliza zachodzi pośrednio. Węgiel przechodzi do fazy ciekłej nie pod wpływem cząsteczek wodoru, ale poprzez przeniesienie atomów wodoru z cząsteczek rozpuszczalnika organicznego na cząsteczki składnika węglowego. Katalizator jest potrzebny tylko do przywrócenia właściwości rozpuszczalnika utraconych podczas eliminacji atomów wodoru.

Zgazowanie

Pod wpływem wysokich temperatur, ale w środowisku powietrza, w którym obecny jest tlen, wodór, dwutlenek węgla i para, węgiel w postaci stałej przechodzi w stan gazowy. Na tym polega cały proces. Istnieje około 20 technologii. Nie będziemy się rozwodzić nad każdym z nich szczegółowo, ale zastanówmy się, jak może pomóc wprowadzenie katalizatora.

Oprócz zwiększania wydajności, dzięki katalizatorowi możliwe staje się obniżenie temperatury przy utrzymaniu prędkości na tym samym poziomie, możliwa jest również regulacja produktu końcowego zgazowania. Najczęściej spotykane są metale alkaliczne i ziem alkalicznych, a także żelazo, nikiel i kob alt.

Obróbka chemiczna plazmy

Jedno z najbardziej obiecujących, ponieważ oprócz paliw płynnych z węgla kamiennego i brunatnego podczas przerobu wydobywa się tak cenne związki, jak żelazokrzem, krzem techniczny i inne substancje zawierające krzem, które innymi metodami były po prostu wyrzucić z popiołem.

A co jutro

Biorąc pod uwagę szybkość wyczerpywania się złóż ropy i gazu na Ziemi, kwestia paliw wkrótce stanie się dość dotkliwa. A jednym z najprostszych rozwiązań byłoby wydobycie węgla. Naukowcy prowadzą prace badawcze w poszukiwaniu nowych procesów recyklingu - wydajniejszych, tańszych, ale jednocześnie przyjaznych dla środowiska.

Prowadzone są również prace nad uzyskaniem „oleju syntetycznego”. Na przykład w Krasnojarsku testowano go, aby uzyskać go z mieszanki węgla i wody w równych proporcjach. Synteza została przeprowadzona podpod wysokim ciśnieniem, prowadzono obróbkę mechaniczną, elektromagnetyczną i kawitacyjną. Zużycie energii jest niskie - tylko 5 kW na tonę oleju. Pod względem składu chemicznego uzyskana frakcja jest zbliżona do naturalnej.

Więc nie spiesz się, aby pozbyć się swojego żelaznego konia, będzie coś do nakarmienia. I jeszcze jedna dobra wiadomość - węgiel jest uzupełniany, co oznacza, że będzie służył ludzkości przez długi czas.