פחם - עיבוד אתמול, היום ומחר

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

פעם אמר מנדלייב לטבוע בשמן זה כמו לזרוק שטרות לכבשן. אותו הדבר ניתן לומר על פחם. מיחזור מפחית את העומס על הסביבה ומבטל למעשה זיהומים מזיקים המכילים גופרית מהפחם. הבה נבחן את השיטות והתהליכים העיקריים של עיבוד פחם, כמו גם את התוצאה והמוצרים המתקבלים ממנו.

עבר פחם

האנושות מכירה את הפחם כדלק מאז יוון העתיקה. אבל כתעשייה עצמאית, תעשיית הפחם בלטה רק במאה ה-18. בתחילת המאה ה-19 החלו להשתמש בפחם באופן פעיל מאוד - דלק לתחבורה, ייצור חשמל, מתכות, תעשייה כימית, בניית רכבים וספינות ועוד. נדרשו חומרי גלם טובים יותר.

שיטות לעיבוד פחם פותחו במאה ה-20 כך שאיכות חומרי הגלם המופקים הייתה גבוהה יותר. הם היו עם חסרונות, כגון תשואה נמוכה של מוצרים, מסגרות קשיחותיישום התהליך. אך עם הכנסתם של זרזים שונים לתהליך, התשואה של המוצר הפכה להיות גבוהה יותר, ולכן זולה יותר, ומעבר התהליך לא הצריך עוד עמידה קפדנית בכל התנאים.

היום, כרייה ועיבוד של פחם הם צעד אל העתיד. זה מתבצע בחמש דרכים. בחירת השיטה תלויה בתוצר הסופי הרצוי.

פירוליזה

שיטה זו של עיבוד פחם הייתה בשימוש כבר זמן רב. עוד בסוף שנות ה-90. במאה ה-19, הם ידעו לחמם פחם ללא גישה לאוויר כדי לגרום להרס של מולקולות פולימריות, ולאחר מכן להפיכתן. מוצרי עיבוד תרמי-כימיים מגיעים במצב מוצק, נוזלי וגזי.

קוקינג מודרני (שם אחר לפירוליזה) מתבצע בטמפרטורות שבין 900 ל-1100 מעלות צלזיוס. תוצר התהליך הוא קוק קוק, המשמש בתעשיית המתכות, הן ברזליות והן לא ברזליות, וכן תוצר לוואי בצורת תערובת של גזים ואדים.

כ-250 כימיקלים מוחזרים מאוחר יותר מתערובת הקוקס בטמפרטורה גבוהה, כולל בנזן, נפתלין, פנולים, אמוניה ותרכובות הטרוציקליות. הכנסת זרז לתהליך תרמה להיווצרות קוק עם מבנה פנימי עדין - סוג יקר יותר של קוק מסחרי.

חצי קוקינג

כדי להשיג דלק (נוזלי או גזי) מפחם על ידי עיבוד, נעשה שימוש בקוקינג בטמפרטורה נמוכה ב-500 מעלות צלזיוס. התהליך גם לא חדשני, הוא ידוע כבר זמן רב.בעבר, המטרה הייתה להשיג דלק מוצק מפחם חום, בעל ערך רב יותר מבחינה אנרגטית. כיום, תהליך עיבוד הפחם על ידי חצי קוקינג עם שימוש בזרז חמצון הגביר את ידידותיות הסביבה של המוצר הסופי, הוא הפחית את ריכוז החומרים המסרטנים והחומרים המזיקים. השרף שנוצר משמש לייצור ממיסים ודלקים.

הידרוגנציה הרסנית

שיטה זו לעיבוד פחם מכוונת להמרת דלק מוצק ל"שמן סינטטי" בטמפרטורה של 400-500 מעלות צלזיוס ובהשפעת מימן. הרעיון של עיבוד כזה הופיע בשנות ה-20 של המאה הקודמת. בשנות ה-30 וה-40 נבנו מפעלי התעשייה הראשונים בגרמניה ובבריטניה, אך בברית המועצות נעשה שימוש בתהליך בקנה מידה תעשייתי רק בשנות ה-50.

תערובת של אלומיניום, מוליבדן וקובלט משמשת כזרזים בזיקוק נפט. בתחילה הוא שימש גם לפחם, אך, כפי שהתברר, ניתן להפוך את התהליך לזול הרבה יותר, ללא אובדן יעילות, באמצעות עפרת ברזל נרחבת - מגנטיט, פיריט או פירוט - כזרז. תוצאה כזו הייתה קלה לחישוב, אם אתה יודע שקטליזה מתרחשת בעקיפין. פחם עובר לשלב הנוזלי לא בפעולת מולקולות מימן, אלא באמצעות העברת אטומי מימן ממולקולות הממס האורגניות למולקולות של רכיב הפחם. הזרז נחוץ רק כדי לשחזר את תכונות הממס שאבדו במהלך חיסול אטומי המימן.

Gasification

בהשפעת טמפרטורות גבוהות, אך בסביבת אוויר בה נמצאים חמצן, מימן, פחמן דו חמצני וקיטור, פחם מוצק עובר למצב גז. זה כל הפואנטה של התהליך. יש כ-20 טכנולוגיות. לא נתעכב על כל אחד מהם בפירוט, אלא נשקול כיצד הכנסת זרז יכולה לעזור.

בנוסף להגברת היעילות, עם זרז מתאפשר להוריד את הטמפרטורה תוך שמירה על המהירות באותה רמה, אפשר גם לווסת את התוצר הסופי של הגיזוז. הנפוצות ביותר הן מתכות אלקליות ואדמה אלקליין, כמו גם ברזל, ניקל וקובלט.

עיבוד כימי פלזמה

אחד המבטיחים ביותר, שכן בנוסף לדלקים נוזליים, תרכובות יקרות ערך כמו פרוסיליקון, סיליקון טכני וחומרים המכילים סיליקון אחרים מופקים מפחם קשה וחום במהלך העיבוד, שבשיטות אחרות היו פשוט נזרק עם אפר.

ומה מחר

בהתחשב באיזו מהירות מרבצי נפט וגז על פני כדור הארץ מתרוקנים, סוגיית הדלק תהפוך בקרוב די חריפה. ואחד הפתרונות הפשוטים ביותר יהיה כריית פחם. מדענים מבצעים את עבודת המחקר שלהם בחיפוש אחר תהליכי מיחזור חדשים - יעילים יותר, זולים יותר, אך יחד עם זאת ידידותיים לסביבה.

מתבצעת גם עבודה להשגת "שמן סינטטי". בקרסנויארסק, למשל, נבדק להשיגו מתערובת של פחם ומים בפרופורציות שוות. סינתזה בוצעה תחתבלחץ גבוה, הטיפול בוצע מכני, אלקטרומגנטי וקוויטציה. צריכת האנרגיה נמוכה - רק 5 קילוואט לטון שמן. מבחינת ההרכב הכימי שלו, השבר המתקבל קרוב לטבעי.

אז אל תמהרו להיפטר מסוס הברזל שלכם, יהיה מה להאכיל. ועוד בשורה טובה אחת - הפחם מתחדש, מה שאומר שהוא ישרת את האנושות לאורך זמן.