Szén – feldolgozás tegnap, ma és holnap

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Mengyelejev egyszer azt mondta, hogy az olajba fulladás olyan, mint bankjegyeket dobni a kemencébe. Ugyanez mondható el a szénről is. Az újrahasznosítás csökkenti a környezet terhelését, és gyakorlatilag kiküszöböli a szénből a kéntartalmú káros szennyeződéseket. Tekintsük a szénfeldolgozás főbb módszereit és folyamatait, valamint az eredményt és a belőle nyert termékeket.

Szenes múlt

Az emberiség az ókori Görögország óta ismeri a szenet mint tüzelőanyagot. De önálló iparágként a szénipar csak a XVIII. A 19. század elején a szenet nagyon aktívan kezdték használni – üzemanyagként a közlekedésben, villamosenergia-termelésben, kohászatban, vegyiparban, autó- és hajógyártásban stb. Jobb nyersanyagokra volt szükség.

A szén feldolgozásának módszereit a 20. században fejlesztették ki, így a kitermelt nyersanyagok minősége magasabb volt. Hátrányaik voltak, mint például a termékek alacsony hozama, merev kereteka folyamat végrehajtása. De a különféle katalizátorok bevonásával az eljárásba a termék hozama magasabb, így olcsóbb lett, és az eljárás áthaladásához már nem volt szükség minden feltétel szigorú betartására.

Ma a szénbányászat és -feldolgozás egy lépés a jövő felé. Öt módon hajtják végre. A módszer megválasztása a kívánt végterméktől függ.

Pirolízis

Ezt a szénfeldolgozási módszert már régóta használják. Még a 90-es évek végén. A 19. században tudták, hogyan kell felmelegíteni a szenet levegő hozzáférése nélkül, amivel a polimer molekulák pusztulását, majd átalakulását követték. A hőkémiai feldolgozási termékek szilárd, folyékony és gáz halmazállapotúak.

A modern kokszolást (a pirolízis másik neve) 900 és 1100 °C közötti hőmérsékleten végzik. Az eljárás terméke a koksz, amelyet a kohászati iparban használnak, vas- és színesfémeket egyaránt, valamint melléktermékként gázok és gőzök keveréke formájában.

Körülbelül 250 vegyszert nyernek ki később a magas hőmérsékletű kokszolókeverékből, köztük benzolt, naftalint, fenolokat, ammóniát és heterociklusos vegyületeket. A katalizátor bevezetése az eljárásba hozzájárult a finomszemcsés belső szerkezetű koksz kialakulásához – ez a kereskedelmi koksz értékesebb fajtája.

Félkokszos

A szénből feldolgozás útján (folyékony vagy gáznemű) tüzelőanyag előállításához alacsony hőmérsékletű, 500 °C-os kokszolást alkalmaznak. Az eljárás szintén nem innovatív, régóta ismert. Korábban az volt a cél, hogy barnaszénből szilárd tüzelőanyagot nyerjenek, energetikailag értékesebben. Napjainkban az oxidációs katalizátor alkalmazásával végzett félkokszos szénfeldolgozás növelte a végtermék környezetbarátságát, csökkentette a rákkeltő és káros anyagok koncentrációját. A kapott gyantát oldószerek és üzemanyagok előállítására használják.

Romboló hidrogénezés

Ez a szénfeldolgozási módszer a szilárd tüzelőanyag „szintetikus olajmá” való átalakítását célozza 400-500 °C hőmérsékleten és hidrogén hatására. Az ilyen feldolgozás ötlete a múlt század 20-as éveiben jelent meg. Az 1930-as és 1940-es években Németországban és Nagy-Britanniában épültek fel az első ipari vállalkozások, de a Szovjetunióban csak az 1950-es években kezdték ipari méretekben alkalmazni az eljárást.

Alumínium, molibdén és kob alt keverékét használják katalizátorként az olajfinomításban. Kezdetben szénre is használták, de mint kiderült, az eljárás sokkal olcsóbban, hatékonyságvesztés nélkül kivitelezhető, katalizátorként egy elterjedt vasérc - magnetit, pirit vagy pirrotit - felhasználásával. Egy ilyen eredményt könnyű volt kiszámítani, ha tudod, hogy a katalízis közvetetten megy végbe. A szén nem hidrogénmolekulák hatására jut át a folyékony fázisba, hanem a hidrogénatomoknak a szerves oldószermolekulákból a szénkomponens molekuláiba való átvitelén keresztül. A katalizátor csak a hidrogénatomok eltávolítása során elvesztett oldószertulajdonságok helyreállításához szükséges.

Elgázosítás

Magas hőmérséklet hatására, de olyan levegőben, ahol oxigén, hidrogén, szén-dioxid és gőz van jelen, a szilárd szén gáz halmazállapotúvá válik. Ez az egész folyamat lényege. Körülbelül 20 technológia létezik. Nem foglalkozunk mindegyikkel részletesen, de gondoljuk át, hogyan segíthet a katalizátor bevezetése.

Katalizátorral a hatásfok növelése mellett a sebesség szinten tartása mellett lehetővé válik a hőmérséklet csökkentése, az elgázosítás végtermékének szabályozása is. A legelterjedtebbek az alkáli- és alkáliföldfémek, valamint a vas, a nikkel és a kob alt.

Plazmás vegyi feldolgozás

Az egyik legígéretesebb, hiszen a feldolgozás során a kőszénből és a barnaszénből a folyékony tüzelőanyagok mellett olyan értékes vegyületeket vonnak ki, mint a ferroszilícium, műszaki szilícium és egyéb szilíciumtartalmú anyagok, amelyeket más módszerekkel egyszerűen hamuval kidobva.

És mi lesz holnap

Tekintettel arra, hogy milyen gyorsan fogynak ki a földi olaj- és gázlelőhelyek, az üzemanyag-probléma hamarosan igen akut lesz. Az egyik legegyszerűbb megoldás pedig a szénbányászat lenne. A tudósok új újrahasznosítási folyamatokat keresnek – hatékonyabbak, olcsóbbak, de ugyanakkor környezetbarátabbak is.

A "szintetikus olaj" beszerzésén is dolgoznak. Krasznojarszkban például azt tesztelték, hogy szén és víz egyenlő arányú keverékéből nyerik. alatt végeztük a szintézistnagy nyomású, a kezelést mechanikus, elektromágneses és kavitációs úton végeztük. Az energiafogyasztás alacsony – mindössze 5 kW/tonna olaj. Kémiai összetételét tekintve a kapott frakció közel áll a természeteshez.

Tehát ne rohanjon a vaslova eldobásával, lesz mit etetni. És még egy jó hír: a szén feltöltődik, ami azt jelenti, hogy sokáig szolgálja az emberiséget.