Süsi – töötlemine eile, täna ja homme

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Kunagi ütles Mendelejev, et naftaga uppumine on nagu pangatähtede ahju viskamine. Sama võib öelda söe kohta. Taaskasutus vähendab keskkonnakoormust ja praktiliselt kõrvaldab kivisöest väävlit sisaldavad kahjulikud lisandid. Vaatleme söe töötlemise peamisi meetodeid ja protsesse, samuti tulemust ja sellest saadavaid tooteid.

Söeminevik

Inimkonnale on kivisüsi kui kütus olnud tuttav juba Vana-Kreekast saadik. Kuid iseseisva majandusharuna paistis söetööstus silma alles 18. sajandil. 19. sajandi alguses hakati kivisütt kasutama väga aktiivselt - kütus transpordis, elektritootmises, metallurgias, keemiatööstuses, auto- ja laevaehituses jne. Vaja oli paremat toorainet.

Söe töötlemise meetodid töötati välja 20. sajandil nii, et kaevandatud tooraine kvaliteet oli kõrgem. Neil oli puudusi, nagu toodete väike saagikus, jäigad raamidprotsessi rakendamine. Kuid erinevate katalüsaatorite kasutuselevõtuga protsessi muutus toote saagis suuremaks ja seetõttu odavamaks ning protsessi läbimine ei nõudnud enam kõigi tingimuste ranget järgimist.

Täna on kivisöe kaevandamine ja töötlemine samm tulevikku. See viiakse läbi viiel viisil. Meetodi valik sõltub soovitud lõpptootest.

Pürolüüs

Seda kivisöe töötlemise meetodit on kasutatud pikka aega. Tagasi 90ndate lõpus. 19. sajandil teadsid nad, kuidas soojendada sütt ilma õhu juurdepääsuta, et põhjustada polümeeri molekulide hävimist, millele järgnes nende muundumine. Termokeemilised töötlemistooted on tahkes, vedelas ja gaasilises olekus.

Kaasaegne koksistamine (teine pürolüüsi nimi) toimub temperatuurivahemikus 900–1100 °C. Protsessi saadus on koks, mida kasutatakse metallurgiatööstuses, nii musta kui ka värvilise metalli, samuti kõrvalsaadusena gaaside ja aurude seguna.

Umbes 250 kemikaali, sealhulgas benseen, naftaleen, fenoolid, ammoniaak ja heterotsüklilised ühendid, saadakse hiljem kätte kõrgel temperatuuril koksimise segust. Katalüsaatori lisamine protsessi aitas kaasa peeneteralise sisestruktuuriga koksi moodustumisele – väärtuslikumale kaubanduslikule koksile.

Poolkoksis

Söest töötlemise teel kütuse (vedela või gaasilise) saamiseks kasutatakse madalatemperatuurilist koksimist 500 °C juures. Protsess pole ka uuenduslik, see on ammu teada. Varem oli eesmärk saada pruunsöest tahket kütust, energeetiliselt väärtuslikumat. Tänapäeval on kivisöe poolkoksitöötlemise protsess oksüdatsioonikatalüsaatori kasutamisega suurendanud lõpptoote keskkonnasõbralikkust, vähendanud kantserogeenide ja kahjulike ainete kontsentratsiooni. Saadud vaiku kasutatakse lahustite ja kütuste tootmiseks.

Hävitav hüdrogeenimine

See kivisöe töötlemise meetod on suunatud tahke kütuse muutmisele "sünteetiliseks õliks" temperatuuril 400–500 °C ja vesiniku mõjul. Sellise töötlemise idee tekkis eelmise sajandi 20ndatel. 1930. ja 1940. aastatel rajati esimesed tööstusettevõtted Saksamaal ja Suurbritannias, kuid NSV Liidus hakati seda protsessi tööstuslikus mastaabis kasutama alles 1950. aastatel.

Nafta rafineerimisel kasutatakse katalüsaatoritena alumiiniumi, molübdeeni ja koob alti segu. Esialgu kasutati seda ka kivisöe jaoks, kuid nagu selgus, saab protsessi oluliselt odavamaks muuta, ilma efektiivsust kaotamata, kasutades katalüsaatorina lai alt levinud rauamaaki – magnetiiti, püriiti või pürrotiiti. Sellist tulemust oli lihtne arvutada, kui tead, et katalüüs toimub kaudselt. Kivisüsi ei satu vedelasse faasi mitte vesinikumolekulide toimel, vaid vesinikuaatomite ülekande kaudu orgaaniliste lahusti molekulidest söekomponendi molekulidele. Katalüsaatorit on vaja ainult vesinikuaatomite elimineerimisel kaotatud lahustiomaduste taastamiseks.

Gaasistamine

Kõrgete temperatuuride mõjul, kuid õhukeskkonnas, kus on hapnik, vesinik, süsinikdioksiid ja aur, läheb tahke kivisüsi gaasilisse olekusse. See on kogu protsessi mõte. Seal on umbes 20 tehnoloogiat. Me ei peatu igaühel neist üksikasjalikult, vaid kaalume, kuidas katalüsaatori kasutuselevõtt võib aidata.

Lisaks efektiivsuse tõstmisele on katalüsaatoriga võimalik temperatuuri samal tasemel hoides alandada, samuti on võimalik reguleerida gaasistamise lõpp-produkti. Levinuimad on leelis- ja leelismuldmetallid, aga ka raud, nikkel ja koob alt.

Plasmakeemiline töötlemine

Üks paljutõotavamaid, kuna lisaks vedelkütustele ekstraheeritakse kivi- ja pruunsöest töötlemise käigus selliseid väärtuslikke ühendeid nagu ferrosilicon, tehniline räni ja muud räni sisaldavad ained, mis muudel meetoditel olid lihts alt koos tuhaga ära visatud.

Ja mis homme

Arvestades, kui kiiresti nafta- ja gaasimaardlad maa peal ammenduvad, muutub kütuseprobleem peagi üsna teravaks. Ja üks lihtsamaid lahendusi oleks söe kaevandamine. Teadlased otsivad oma uurimistööd uute ringlussevõtu protsesside otsimisel – tõhusamad, odavamad, kuid samas keskkonnasõbralikud.

Käivad ka tööd "sünteetilise õli" saamiseks. Näiteks Krasnojarskis katsetati, et saada seda võrdses vahekorras kivisöe ja vee segust. Süntees viidi läbi allkõrge rõhu all, töötlemine viidi läbi mehaanilise, elektromagnetilise ja kavitatsiooniga. Energiatarve on väike – vaid 5 kW ühe tonni õli kohta. Oma keemilise koostise poolest on saadud fraktsioon lähedane looduslikule.

Nii et ärge kiirustage oma raudhobust utiliseerima, seal on, mida toita. Ja veel üks hea uudis – kivisütt on täiendatud, mis tähendab, et see teenib inimkonda pikka aega.