Uhlie – spracovanie včera, dnes a zajtra

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Raz Mendelejev povedal, že utopiť sa ropou je ako hádzať bankovky do pece. To isté možno povedať o uhlí. Recyklácia znižuje záťaž pre životné prostredie a prakticky eliminuje škodlivé nečistoty obsahujúce síru z uhlia. Pozrime sa na hlavné metódy a procesy spracovania uhlia, ako aj na výsledok a produkty z neho získané.

Uhoľná minulosť

Ľudstvo pozná uhlie ako palivo už od starovekého Grécka. Ale ako samostatný priemysel sa uhoľný priemysel presadil až v 18. storočí. Začiatkom 19. storočia sa uhlie začalo veľmi aktívne využívať – palivo pre dopravu, výrobu elektriny, hutníctvo, chemický priemysel, automobilový priemysel a stavbu lodí atď. Žiadali sa lepšie suroviny.

Spôsoby spracovania uhlia boli vyvinuté v 20. storočí, aby bola kvalita vyťažených surovín vyššia. Boli s nevýhodami, ako je nízka výťažnosť produktov, tuhé rámyimplementáciu procesu. So zavedením rôznych katalyzátorov do procesu sa však výťažok produktu zvýšil, a preto bol lacnejší a prechod procesu už nevyžadoval prísne dodržiavanie všetkých podmienok.

Dnes je ťažba a spracovanie uhlia krokom do budúcnosti. Vykonáva sa piatimi spôsobmi. Výber metódy závisí od požadovaného konečného produktu.

Pyrolýza

Tento spôsob spracovania uhlia sa používa už dlho. Späť na konci 90. rokov. V 19. storočí vedeli, ako zahriať uhlie bez prístupu vzduchu, aby spôsobili deštrukciu molekúl polymérov a následne ich premenu. Produkty termochemického spracovania sa dodávajú v pevnom, kvapalnom a plynnom skupenstve.

Moderné koksovanie (iný názov pre pyrolýzu) prebieha pri teplotách medzi 900 a 1100 °C. Produktom procesu je koks, ktorý sa používa v hutníckom priemysle, železný aj neželezný, ako aj vedľajší produkt vo forme zmesi plynov a pár.

Z vysokoteplotnej koksovacej zmesi sa neskôr získa asi 250 chemikálií vrátane benzénu, naftalénu, fenolov, amoniaku a heterocyklických zlúčenín. Zavedenie katalyzátora do procesu prispelo k vytvoreniu koksu s jemnozrnnou vnútornou štruktúrou - cennejší typ komerčného koksu.

Polokoksovanie

Na získanie paliva (kvapalného alebo plynného) z uhlia spracovaním sa používa nízkoteplotné koksovanie pri 500 °C. Proces tiež nie je inovatívny, je známy už dávno. Predtým bolo cieľom získať tuhé palivo z hnedého uhlia, energeticky hodnotnejšie. Dnešným procesom spracovania uhlia polokoksovaním s použitím oxidačného katalyzátora sa zvýšila ekologickosť finálneho produktu, znížila sa koncentrácia karcinogénov a škodlivých látok. Výsledná živica sa používa na výrobu rozpúšťadiel a palív.

Deštruktívna hydrogenácia

Tento spôsob spracovania uhlia je zameraný na premenu tuhého paliva na „syntetický olej“pri teplote 400-500 °C a pod vplyvom vodíka. Myšlienka takéhoto spracovania sa objavila v 20-tych rokoch minulého storočia. V 30. a 40. rokoch 20. storočia boli prvé priemyselné podniky postavené v Nemecku a Veľkej Británii, ale v ZSSR sa tento proces začal v priemyselnom meradle používať až v 50. rokoch.

Zmes hliníka, molybdénu a kob altu sa používa ako katalyzátor pri rafinácii ropy. Spočiatku sa používal aj na uhlie, ale ako sa ukázalo, proces sa dá urobiť oveľa lacnejšie, bez straty účinnosti, použitím rozšírenej železnej rudy - magnetitu, pyritu alebo pyrhotitu - ako katalyzátora. Takýto výsledok sa dal ľahko vypočítať, ak viete, že katalýza nastáva nepriamo. Uhlie prechádza do kvapalnej fázy nie pôsobením molekúl vodíka, ale prenosom atómov vodíka z molekúl organického rozpúšťadla na molekuly uhoľnej zložky. Katalyzátor je potrebný iba na obnovenie vlastností rozpúšťadla stratených počas eliminácie atómov vodíka.

Splynovanie

Vplyvom vysokých teplôt, ale vo vzdušnom prostredí, kde je prítomný kyslík, vodík, oxid uhličitý a para, prechádza tuhé uhlie do plynného skupenstva. Toto je podstata celého procesu. Existuje asi 20 technológií. Nebudeme sa podrobne venovať každému z nich, ale pouvažujeme nad tým, ako môže pomôcť zavedenie katalyzátora.

Okrem zvýšenia účinnosti je s katalyzátorom možné znížiť teplotu pri zachovaní rýchlosti na rovnakej úrovni, je tiež možné regulovať konečný produkt splyňovania. Najbežnejšie sú alkalické kovy a kovy alkalických zemín, ako aj železo, nikel a kob alt.

Plazmachemické spracovanie

Jedna z najsľubnejších, keďže okrem kvapalných palív sa z čierneho a hnedého uhlia pri spracovaní získavajú také cenné zlúčeniny ako ferosilicium, technický kremík a ďalšie látky s obsahom kremíka, ktoré sa pri iných metódach jednoducho vyhodený s popolom.

A čo zajtra

Vzhľadom na to, ako rýchlo sa vyčerpávajú ložiská ropy a zemného plynu na Zemi, bude otázka palív čoskoro dosť akútna. A jedným z najjednoduchších riešení by bola ťažba uhlia. Vedci vykonávajú svoju výskumnú prácu pri hľadaní nových recyklačných procesov – efektívnejších, lacnejších, no zároveň šetrnejších k životnému prostrediu.

Prebiehajú aj práce na získaní „syntetického oleja“. Napríklad v Krasnojarsku ho testovali získať zo zmesi uhlia a vody v rovnakých pomeroch. Syntéza sa uskutočnila podvysokotlakové ošetrenie prebiehalo mechanicky, elektromagneticky a kavitačne. Spotreba energie je nízka – iba 5 kW na tonu oleja. Z hľadiska chemického zloženia je výsledná frakcia blízka prirodzenému.

Neponáhľajte sa teda likvidovať svojho železného koňa, bude čo kŕmiť. A ešte jedna dobrá správa - uhlie je doplnené, čo znamená, že bude ľudstvu slúžiť ešte dlho.