Hiili - käsittely eilen, tänään ja huomenna

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Kerran Mendelejev sanoi, että öljyyn hukkuminen on kuin seteleiden heittämistä uuniin. Samaa voidaan sanoa hiilestä. Kierrätys vähentää ympäristön kuormitusta ja eliminoi käytännössä rikkipitoiset haitalliset epäpuhtaudet hiilestä. Tarkastellaanpa hiilen käsittelyn päämenetelmiä ja prosesseja sekä tulosta ja siitä saatuja tuotteita.

Hiilen menneisyys

Ihmiskunta on tuntenut hiilen polttoaineena antiikin Kreikasta lähtien. Mutta itsenäisenä toimialana kivihiiliteollisuus erottui joukosta vasta 1700-luvulla. 1800-luvun alussa kivihiiltä alettiin käyttää erittäin aktiivisesti - polttoaineena liikenteeseen, sähköntuotantoon, metallurgiaan, kemianteollisuuteen, auto- ja laivanrakennukseen jne. Tarvittiin parempia raaka-aineita.

Hiilen käsittelymenetelmät kehitettiin 1900-luvulla siten, että louhittujen raaka-aineiden laatu oli korkeampi. Niissä oli haittoja, kuten alhainen tuotteiden tuotto, jäykät kehyksetprosessin toteuttaminen. Mutta kun prosessiin otettiin käyttöön erilaisia katalyyttejä, tuotteen saanto tuli korkeammaksi ja siksi halvemmaksi, eikä prosessin läpikulku vaatinut enää tiukkaa kaikkien ehtojen noudattamista.

Tänään kivihiilen louhinta ja jalostus on askel tulevaisuuteen. Se suoritetaan viidellä tavalla. Menetelmän valinta riippuu halutusta lopputuotteesta.

Pyrolyysi

Tätä kivihiilen käsittelymenetelmää on käytetty pitkään. Vielä 90-luvun lopulla. 1800-luvulla he tiesivät kuinka lämmittää hiiltä ilman ilmaa, mikä aiheutti polymeerimolekyylien tuhoutumisen, minkä jälkeen ne muuttuivat. Termokemialliset jalostustuotteet ovat kiinteässä, nestemäisessä ja kaasumaisessa tilassa.

Nykyaikainen koksaus (toinen nimi pyrolyysille) suoritetaan lämpötiloissa 900-1100 °C. Prosessin tuote on koksi, jota käytetään metallurgisessa teollisuudessa, sekä rauta- että ei-rautapitoisessa teollisuudessa, sekä sivutuotteena kaasujen ja höyryjen seoksena.

Noin 250 kemikaalia otetaan myöhemmin t alteen korkean lämpötilan koksauksesta, mukaan lukien bentseeni, naftaleeni, fenolit, ammoniakki ja heterosykliset yhdisteet. Katalyytin lisääminen prosessiin vaikutti hienorakeisen sisäisen rakenteen omaavan koksin muodostumiseen - arvokkaampaan kaupalliseen koksiin.

Puolikoksaus

Polttoaineen (nestemäisen tai kaasumaisen) saamiseksi kivihiilestä prosessoimalla käytetään matalan lämpötilan koksausta 500 °C:ssa. Prosessi ei myöskään ole innovatiivinen, se on ollut tiedossa pitkään. Aikaisemmin tavoitteena oli saada kiinteää polttoainetta ruskohiilestä, energeettisesti arvokkaampaa. Nykyään kivihiilen jalostus puolikoksoimalla hapetuskatalyyttiä käyttämällä on lisännyt lopputuotteen ympäristöystävällisyyttä, se on vähentänyt syöpää aiheuttavien ja haitallisten aineiden pitoisuutta. Tuloksena olevaa hartsia käytetään liuottimien ja polttoaineiden valmistukseen.

Tuhoisa hydraus

Tällä kivihiilen käsittelymenetelmällä pyritään muuttamaan kiinteä polttoaine "synteettiseksi öljyksi" lämpötilassa 400-500 °C ja vedyn vaikutuksesta. Ajatus tällaisesta käsittelystä syntyi viime vuosisadan 20-luvulla. 1930- ja 1940-luvuilla ensimmäiset teollisuusyritykset rakennettiin Saksaan ja Iso-Britanniaan, mutta Neuvostoliitossa prosessia alettiin käyttää teollisessa mittakaavassa vasta 1950-luvulla.

Öljynjalostuksessa käytetään katalyytteinä alumiinin, molybdeenin ja koboltin seosta. Aluksi sitä käytettiin myös hiileen, mutta kuten kävi ilmi, prosessi voidaan tehdä paljon halvemmaksi tehokkuuden menettämättä käyttämällä laajalle levinnyttä rautamalmia - magnetiittia, rikkikiisua tai pyrrotiittia - katalyyttinä. Tällainen tulos oli helppo laskea, jos tiedät, että katalyysi tapahtuu epäsuorasti. Kivihiili siirtyy nestefaasiin ei vetymolekyylien vaikutuksesta, vaan vetyatomien siirtymisen kautta orgaanisista liuotinmolekyyleistä kivihiilikomponentin molekyyleihin. Katalyyttiä tarvitaan vain palauttamaan vetyatomien eliminoinnissa menetetyt liuotinominaisuudet.

Kaasutus

Korkeiden lämpötilojen vaikutuksesta, mutta ilmassa, jossa on happea, vetyä, hiilidioksidia ja höyryä, kiinteä kivihiili siirtyy kaasumaiseen tilaan. Tämä on koko prosessin pointti. Teknologioita on noin 20. Emme käsittele niitä kaikkia yksityiskohtaisesti, vaan pohdimme, kuinka katalyytin käyttöönotto voi auttaa.

Tehokkuuden lisäämisen lisäksi katalyytillä on mahdollista alentaa lämpötilaa pitäen samalla nopeus samalla tasolla, on myös mahdollista säätää kaasutuksen lopputuotetta. Yleisimmät ovat alkali- ja maa-alkalimetallit sekä rauta, nikkeli ja koboltti.

Plasmakemiallinen käsittely

Yksi lupaavimpia, koska nestemäisten polttoaineiden lisäksi kivi- ja ruskohiilestä uutetaan käsittelyn aikana arvokkaita yhdisteitä, kuten ferrosiili, tekninen pii ja muut piitä sisältävät aineet, jotka muilla menetelmillä yksinkertaisesti heitetty pois tuhkan kanssa.

Ja mitä huomenna

Kun otetaan huomioon, kuinka nopeasti maapallon öljy- ja kaasuesiintymät ehtyvät, polttoaineongelmasta tulee pian varsin akuutti. Ja yksi yksinkertaisimmista ratkaisuista olisi kivihiilen louhinta. Tiedemiehet tekevät tutkimustyötään etsiessään uusia kierrätysprosesseja - tehokkaampia, halvempia, mutta samalla ympäristöystävällisempiä.

Työskentely on myös meneillään "synteettisen öljyn" saamiseksi. Esimerkiksi Krasnojarskissa sitä testattiin saada hiilen ja veden seoksesta yhtä suuressa suhteessa. Synteesi suoritettiin allakorkea paine, käsittely suoritettiin mekaanisesti, sähkömagneettisesti ja kavitaatiolla. Energiankulutus on alhainen - vain 5 kW per tonni öljyä. Kemiallisen koostumuksensa suhteen tuloksena oleva fraktio on lähellä luonnollista.

Älä siis kiirehdi hävittämään rautahevostasi, sillä sieltä tulee jotain syötävää. Ja vielä yksi hyvä uutinen - kivihiiltä on täydennetty, mikä tarkoittaa, että se palvelee ihmiskuntaa pitkään.