Kolen - verwerking gisteren, vandaag en morgen

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Eens zei Mendelejev dat verdrinken met olie hetzelfde is als bankbiljetten in de oven gooien. Hetzelfde kan gezegd worden over steenkool. Recycling vermindert de belasting van het milieu en elimineert vrijwel alle zwavelhoudende schadelijke onzuiverheden uit steenkool. Laten we eens kijken naar de belangrijkste methoden en processen van steenkoolverwerking, evenals het resultaat en de daaruit verkregen producten.

Kolen verleden

De mensheid is al sinds het oude Griekenland bekend met steenkool als brandstof. Maar als onafhankelijke industrie viel de kolenindustrie pas in de 18e eeuw op. Aan het begin van de 19e eeuw begon steenkool zeer actief te worden gebruikt - brandstof voor transport, elektriciteitsproductie, metallurgie, de chemische industrie, auto- en scheepsbouw, enz. Er waren betere grondstoffen nodig.

Methoden voor het verwerken van steenkool werden in de 20e eeuw ontwikkeld zodat de kwaliteit van de gewonnen grondstoffen hoger was. Ze hadden nadelen, zoals een lage opbrengst van producten, stijve framesuitvoering van het proces. Maar met de introductie van verschillende katalysatoren in het proces, werd de opbrengst van het product hoger, en dus goedkoper, en het passeren van het proces vereiste niet langer strikte naleving van alle voorwaarden.

Vandaag is de winning en verwerking van steenkool een stap in de toekomst. Het wordt op vijf manieren uitgevoerd. De keuze van de methode hangt af van het gewenste eindproduct.

Pyrolyse

Deze methode van steenkoolverwerking wordt al heel lang gebruikt. Terug in de late jaren 90. In de 19e eeuw wisten ze hoe ze steenkool moesten verwarmen zonder toegang tot lucht om de vernietiging van polymeermoleculen te veroorzaken, gevolgd door hun transformatie. Thermochemische verwerkingsproducten zijn er in vaste, vloeibare en gasvormige toestanden.

Moderne cokesvorming (een andere naam voor pyrolyse) wordt uitgevoerd bij temperaturen tussen 900 en 1100 °C. Het product van het proces is cokes, dat wordt gebruikt in de metallurgische industrie, zowel ferro als non-ferro, evenals een bijproduct in de vorm van een mengsel van gassen en dampen.

Ongeveer 250 chemicaliën worden later teruggewonnen uit het hoge temperatuur cokesmengsel, waaronder benzeen, naftaleen, fenolen, ammoniak en heterocyclische verbindingen. De introductie van een katalysator in het proces droeg bij tot de vorming van cokes met een fijnkorrelige interne structuur - een waardevoller type commerciële cokes.

Semi-cokes

Om door verwerking brandstof (vloeibaar of gasvormig) uit steenkool te verkrijgen, wordt verkooksing bij lage temperatuur bij 500 °C gebruikt. Het proces is ook niet innovatief, het is al lang bekend. Voorheen was het doel om uit bruinkool vaste brandstof te halen, energetisch waardevoller. Tegenwoordig heeft het proces van steenkoolverwerking door semi-cokesvorming met het gebruik van een oxidatiekatalysator de milieuvriendelijkheid van het eindproduct verhoogd, het heeft de concentratie van kankerverwekkende en schadelijke stoffen verminderd. De resulterende hars wordt gebruikt om oplosmiddelen en brandstoffen te produceren.

Destructieve hydrogenering

Deze verwerkingsmethode van steenkool is gericht op het omzetten van vaste brandstof in "synthetische olie" bij een temperatuur van 400-500 °C en onder invloed van waterstof. Het idee van een dergelijke verwerking verscheen in de jaren 20 van de vorige eeuw. In de jaren dertig en veertig werden de eerste industriële ondernemingen gebouwd in Duitsland en Groot-Brittannië, maar in de USSR werd het proces pas in de jaren vijftig op industriële schaal toegepast.

Een mengsel van aluminium, molybdeen en kob alt wordt gebruikt als katalysator bij olieraffinage. Aanvankelijk werd het ook gebruikt voor steenkool, maar het bleek dat het proces veel goedkoper kan worden gemaakt, zonder verlies van efficiëntie, met behulp van een wijdverbreid ijzererts - magnetiet, pyriet of pyrrhotiet - als katalysator. Zo'n resultaat was makkelijk te berekenen, als je weet dat katalyse indirect plaatsvindt. Steenkool gaat niet over in de vloeibare fase onder invloed van waterstofmoleculen, maar door de overdracht van waterstofatomen van de organische oplosmiddelmoleculen naar de moleculen van de steenkoolcomponent. De katalysator is alleen nodig om de oplosmiddeleigenschappen te herstellen die verloren zijn gegaan tijdens de eliminatie van waterstofatomen.

Vergassing

Onder invloed van hoge temperaturen, maar in een luchtomgeving waar zuurstof, waterstof, kooldioxide en stoom aanwezig zijn, gaat vaste steenkool over in een gasvormige toestand. Dit is het hele punt van het proces. Er zijn ongeveer 20 technologieën. We zullen niet in detail op elk van hen ingaan, maar overwegen hoe de introductie van een katalysator kan helpen.

Naast het verhogen van de efficiëntie wordt het met een katalysator mogelijk om de temperatuur te verlagen met behoud van de snelheid op hetzelfde niveau, het is ook mogelijk om het eindproduct van vergassing te regelen. De meest voorkomende zijn alkali- en aardalkalimetalen, evenals ijzer, nikkel en kob alt.

Plasma chemische verwerking

Een van de meest veelbelovende, aangezien naast vloeibare brandstoffen waardevolle verbindingen zoals ferrosilicium, technisch silicium en andere siliciumhoudende stoffen tijdens de verwerking worden gewonnen uit hard- en bruinkool, die bij andere methoden eenvoudigweg weggegooid met as.

En wat morgen

Gezien hoe snel de olie- en gasvoorraden op aarde uitgeput raken, zal het brandstofprobleem binnenkort behoorlijk acuut worden. En een van de eenvoudigste oplossingen zou mijnbouw zijn. Wetenschappers doen hun onderzoekswerk op zoek naar nieuwe recyclingprocessen - efficiënter, goedkoper en tegelijkertijd milieuvriendelijker.

Er wordt ook gewerkt aan het verkrijgen van "synthetische olie". In Krasnojarsk werd het bijvoorbeeld getest om het te verkrijgen uit een mengsel van steenkool en water in gelijke verhoudingen. Synthese werd uitgevoerd onderhoge druk, de behandeling werd mechanisch, elektromagnetisch en cavitatie uitgevoerd. Het energieverbruik is laag - slechts 5 kW per ton olie. In termen van zijn chemische samenstelling is de resulterende fractie bijna natuurlijk.

Haast je dus niet om je ijzeren paard van de hand te doen, er zal iets te eten zijn. En nog een goed nieuws: steenkool wordt bijgevuld, wat betekent dat het de mensheid voor een lange tijd zal dienen.