Uhlí – zpracování včera, dnes a zítra

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Jednou řekl Mendělejev, že topit se ropou je jako házet bankovky do pece. Totéž lze říci o uhlí. Recyklace snižuje zátěž pro životní prostředí a prakticky eliminuje škodlivé nečistoty obsahující síru z uhlí. Podívejme se na hlavní metody a procesy zpracování uhlí, stejně jako výsledek a produkty z něj získané.

Uhelná minulost

Uhlí jako palivo zná lidstvo již od starověkého Řecka. Ale jako samostatný průmysl vynikl uhelný průmysl až v 18. století. Počátkem 19. století se uhlí začalo velmi aktivně využívat – palivo pro dopravu, výrobu elektřiny, hutnictví, chemický průmysl, automobilový průmysl a stavbu lodí atd. Žádané byly lepší suroviny.

Metody zpracování uhlí byly vyvinuty ve 20. století tak, aby kvalita vytěžených surovin byla vyšší. Byly s nevýhodami, jako je nízká výtěžnost produktů, tuhé rámyrealizace procesu. Ale se zavedením různých katalyzátorů do procesu se výtěžek produktu zvýšil, a tudíž levnější, a průchod procesu již nevyžadoval přísné dodržování všech podmínek.

Dnes je těžba a zpracování uhlí krokem do budoucnosti. Provádí se pěti způsoby. Výběr metody závisí na požadovaném konečném produktu.

Pyrolýza

Tento způsob zpracování uhlí se používá již dlouhou dobu. Zpátky na konci 90. let. V 19. století věděli, jak ohřívat uhlí bez přístupu vzduchu, aby došlo k destrukci molekul polymeru a následně k jejich přeměně. Produkty termochemického zpracování se dodávají v pevném, kapalném a plynném skupenství.

Moderní koksování (jiný název pro pyrolýzu) se provádí při teplotách mezi 900 a 1100 °C. Produktem procesu je koks, který se používá v metalurgickém průmyslu, železný i neželezný, a také jako vedlejší produkt ve formě směsi plynů a par.

Z vysokoteplotní koksovací směsi se později získá asi 250 chemikálií, včetně benzenu, naftalenu, fenolů, amoniaku a heterocyklických sloučenin. Zavedení katalyzátoru do procesu přispělo ke vzniku koksu s jemnozrnnou vnitřní strukturou - cennější typ komerčního koksu.

Polokoksování

Pro získání paliva (kapalného nebo plynného) z uhlí zpracováním se používá nízkoteplotní koksování při 500 °C. Proces také není inovativní, je znám již dlouho. Dříve bylo cílem získat pevné palivo z hnědého uhlí, energeticky hodnotnější. Proces zpracování uhlí polokoksováním s využitím oxidačního katalyzátoru dnes zvýšil ekologičnost finálního produktu, snížil koncentraci karcinogenů a škodlivých látek. Výsledná pryskyřice se používá k výrobě rozpouštědel a paliv.

destruktivní hydrogenace

Tento způsob zpracování uhlí je zaměřen na přeměnu pevného paliva na „syntetický olej“při teplotě 400-500 °C a pod vlivem vodíku. Myšlenka takového zpracování se objevila ve 20. letech minulého století. Ve 30. a 40. letech 20. století byly v Německu a Velké Británii vybudovány první průmyslové podniky, ale v SSSR se tento proces začal v průmyslovém měřítku používat až v 50. letech.

Směs hliníku, molybdenu a kob altu se používá jako katalyzátor při rafinaci ropy. Zpočátku se používal také pro uhlí, ale jak se ukázalo, proces lze mnohem levněji, bez ztráty účinnosti, používat jako katalyzátor široce rozšířenou železnou rudu - magnetit, pyrit nebo pyrhotit. Takový výsledek bylo snadné vypočítat, pokud víte, že ke katalýze dochází nepřímo. Uhlí přechází do kapalné fáze nikoli působením molekul vodíku, ale přenosem atomů vodíku z molekul organického rozpouštědla na molekuly uhelné složky. Katalyzátor je potřeba pouze k obnovení vlastností rozpouštědla ztracených během eliminace atomů vodíku.

Zplynování

Vlivem vysokých teplot, ale ve vzdušném prostředí, kde je přítomen kyslík, vodík, oxid uhličitý a pára, přechází pevné uhlí do plynného skupenství. To je celý smysl procesu. Existuje asi 20 technologií. Nebudeme se podrobně zabývat každým z nich, ale zvážíme, jak může pomoci zavedení katalyzátoru.

Kromě zvýšení účinnosti je s katalyzátorem možné snížit teplotu při zachování rychlosti na stejné úrovni, je také možné regulovat konečný produkt zplyňování. Nejběžnější jsou alkalické kovy a kovy alkalických zemin, stejně jako železo, nikl a kob alt.

Plazmachemické zpracování

Jedna z nejslibnějších, protože kromě kapalných paliv se z černého a hnědého uhlí při zpracování extrahují také cenné sloučeniny jako ferosilicium, technický křemík a další látky obsahující křemík, které byly jinými metodami jednoduše vyhozen s popelem.

A co zítra

Vzhledem k tomu, jak rychle se na Zemi vyčerpávají ložiska ropy a zemního plynu, bude otázka paliva brzy docela akutní. A jedním z nejjednodušších řešení by byla těžba uhlí. Vědci provádějí svou výzkumnou práci při hledání nových recyklačních procesů – účinnějších, levnějších, ale zároveň šetrných k životnímu prostředí.

Probíhají také práce na získání „syntetického oleje“. Například v Krasnojarsku byl testován na jeho získání ze směsi uhlí a vody ve stejném poměru. Syntéza byla provedena podvysokotlaké, ošetření bylo prováděno mechanicky, elektromagneticky a kavitačně. Spotřeba energie je nízká – pouze 5 kW na tunu oleje. Z hlediska chemického složení je výsledná frakce blízká přírodní.

Nespěchejte tedy s likvidací svého železného koně, bude čím krmit. A ještě jedna dobrá zpráva - uhlí je doplněno, což znamená, že bude lidstvu sloužit ještě dlouho.