Когда-то Менделеев сказал, что топить нефтью - все равно что кидать в печь ассигнации. То же самое можно сказать и про каменный уголь. Переработка позволяет снизить нагрузку на экологию и практически избавляет уголь от серосодержащих вредных примесей. Рассмотрим же основные способы и процессы переработки угля, а также результат и полученные из него продукты.
Угольное прошлое
С углем как топливом человечество знакомо еще со времен Древней Греции. Но как самостоятельная отрасль угольная промышленность выделилась лишь в 18 веке. В начале 19 века уголь стали использовать весьма активно — топливо для транспорта, производство электричества, металлургия, химическая промышленность, автомобиле- и кораблестроение и др. Потребовалось более качественное сырье.
Разработаны были в 20 веке способы переработки угля, чтобы качество добытого сырья было выше. Они были с недостатками, такими как низкий выход продуктов, жесткие рамки осуществления процесса. Но с введением в процесс различных катализаторов выход продукта стал более высоким, а значит, и более дешевым, да и прохождение процесса уже не требовало жесткого соблюдения всех условий.
На сегодняшний день добыча и переработка угля — это шаг в будущее. Осуществляется она пятью способами. Выбор метода зависит от того, какой конечный продукт необходим.
Пиролиз
Этот способ переработки каменного угля используется уже давно. Еще в конце 90-х гг. 19 столетия уголь умели нагревать без доступа воздуха, чтобы вызвать разрушение полимерных молекул, с последующим их превращением. Продукты термохимической обработки бывают в твердом, жидком и газообразном состоянии.
Современное коксование (еще одно название пиролиза) проводится при температуре от 900 до 1100 °C. Продуктом процесса является кокс, который используют в металлургической промышленности как черной, так и цветной, а также побочный продукт в виде смеси газов и паров.
Из смеси, получившейся после коксования под высокой температурой, позже извлекают около 250 химических веществ, в том числе бензол, нафталин, фенолы, аммиак и гетероциклические соединения. Введение в процесс катализатора поспособствовало формированию кокса с мелкозернистой внутренней структурой — более ценный вид товарного кокса.
Полукоксование
Для того чтобы получить из угля переработкой топливо (жидкое или газообразное), используется низкотемпературное коксование при 500 °C. Процесс также не новаторский, известен давно. Раньше целью было получить из бурого угля твердое топливо, более ценное энергетически. Сегодня процесс переработки угля методом полукоксования с применением катализатора окисления увеличил экологичность конечного продукта, в нем уменьшена концентрация канцерогенов и вредных веществ. Из полученной смолы производят растворители и топливо.
Деструктивная гидрогенизация
Этот способ переработки каменного угля направлен на преобразование твердого топлива в "синтетическую нефть" при температуре 400-500 °C и под действием водорода. Идея такой переработки появилась еще в 20-е годы прошлого столетия. В 30-40-е годы построены первые промышленные предприятия на территории Германии и Великобритании, а вот в СССР процесс в промышленных масштабах стали использовать лишь в 50-х.
В качестве катализаторов при нефтепереработке используется смесь из алюминия, молибдена и кобальта. Изначально и для угля использовали ее же, но, как оказалось, процесс можно сделать значительно дешевле, без потери эффективности, применив в качестве катализатора широко распространенную железосодержащую руду — магнетит, пирит или пирротит. Такой результат легко было просчитать, если знать, что катализ идет опосредованно. Уголь переходит в жидкую фазу не под действием молекул водорода, а через перенос атомов водорода от молекул органического растворителя к молекулам составляющей угля. Катализатор нужен лишь для восстановления растворителем свойств, потерянных во время отщепления атомов водорода.
Газификация
Под действием высоких температур, но в воздушной среде, где присутствует кислород, водород, углекислый газ и пар, твердый уголь переходит в газообразное состояние. В этом заключается вся суть процесса. Существует около 20 технологий. Не будем подробно останавливаться на каждой из них, а рассмотрим, чем может помочь введение катализатора.
Кроме повышения эффективности, с катализатором появляется возможность понизить температуру с сохранением скорости на прежнем уровне, регулировать конечный продукт газификации тоже можно. Самыми распространенными являются щелочные и щелочноземельные металлы, а также железо, никель и кобальт.
Плазмохимическая переработка
Один из самых перспективных, так как кроме жидкого топлива из каменного и бурого угля при переработке извлекаются такие ценнейшие соединения, как ферросилиций, технический кремний и другие кремнийсодержащие вещества, которые при других способах просто выбрасывались вместе с золой.
А что завтра
Учитывая, как быстро опустошаются залежи нефти и газа на земле, топливный вопрос скоро встанет достаточно остро. И одним из простейших решений будет добыча угля. Ученые ведут свои изыскательские работы, в поисках новых процессов переработки — более результативных, недорогих, но при этом экологически чистых.
Ведутся работы и по получению "синтетической нефти". В Красноярске, например, прошла апробация получения ее из смеси угля и воды в равных пропорциях. Синтез велся под высоким давлением, обработка велась механическая, электромагнитная и кавитационная. Энергозатраты невелики — всего 5 кВт на тонну нефти. По своему химическому составу полученная фракция близка к природной.
Так что не спешите утилизировать своего железного коня, кормить будет чем. И еще одна хорошая новость — уголь восполняется, а значит, еще долго прослужит человечеству.
