Combustibili fossili e loro lavorazione

Carbone fossile

Il carbon fossile è una roccia sedimentaria combustibile di origine organica. Si forma dalla trasformazione della materia organica accumulata. A ciò si accompagnano processi biologici, biochimici, geologici e geochimici , a cui si fa riferimento con il termine carbonizzazione . La materia viene poi arricchita in carbonio elementare. Il carbon fossile contiene tipicamente tra il 75 e il 92 %di C, mentre un’altra varietà di carbone, l’antracite , può contenerne fino al 97%. Questi processi sono estremamente lunghi e avvengono in specifiche condizioni di temperatura e pressione. La lavorazione del carbon fossile comprende:

• Coking – è il processo più importante per la lavorazione chimica del carbon fossile . Di conseguenza, si ottiene la coca cola . Il carbone viene riscaldato a una temperatura compresa tra 900 e 1100 ᵒC, senza accesso all’aria. In queste condizioni il combustibile si decompone e si formano coke (sotto forma di residuo solido) e una miscela di gas, detti prodotti di coking leggero. Nel processo di cokefazione è importante preparare adeguatamente la materia prima per la cokefazione affinché il prodotto finale sia di buona qualità, cioè abbia la giusta granulazione, porosità e resistenza meccanica. La qualità del carbon fossile è significativa qui. Il processo di preparazione del carbone prevede la pesatura, la macinazione e la miscelazione.
• Gassificazione : l’essenza di questo processo è la trasformazione del carbone estratto in un gas con proprietà energetiche. La gassificazione del carbon fossile viene effettuata in impianti industriali appositamente adattati a questo scopo . Il processo di gassificazione avviene in presenza di aria o ossigeno puro. È importante sottolineare che il carbon fossile, la materia prima che entra nel reattore dell’impianto di gassificazione, non deve essere della massima qualità. Anche il carbone contaminato è adatto a questo scopo. Tuttavia, il grado di purezza della materia prima determina la qualità del prodotto. Il gas di sintesi, prodotto dalla gassificazione del carbone, è un importante sostituto del gas naturale nell’industria chimica .

Leggi anche: varietà allotropiche del carbonio .

Olio crudo

Il petrolio greggio è una miscela complessa di composti chimici . La sua composizione (circa 80-90%) è prevalentemente costituita da idrocarburi liquidi o idrocarburi solidi disciolti. Il petrolio greggio è costituito principalmente da idrocarburi paraffinici, aromatici e cicloparaffinici. Oltre a quanto sopra, nel petrolio greggio si trovano anche composti organici contenenti elementi come ossigeno, zolfo o azoto nelle loro strutture. A seconda di dove e dove viene estratto l’olio , varia nell’aspetto e nella composizione chimica. La sua composizione in idrocarburi e la presenza di altri componenti influenzano la scelta e l’andamento della sua lavorazione. La lavorazione di base del petrolio greggio comprende:

• Distillazione – questo processo mira a separare il petrolio greggio in singole frazioni (da cui il nome distillazione frazionata), che possono poi essere utilizzate in modo indipendente o inviate a ulteriori lavorazioni. Gli impianti di distillazione del greggio sono costituiti da due sistemi di distillazione a stadio singolo. La prima è la distillazione a pressione atmosferica e la seconda è la distillazione a pressione ridotta. Con la distillazione atmosferica si ottengono tre frazioni principali: nafta di prima distillazione (intervallo di ebollizione 30-200 ᵒC), cherosene (175-300 ᵒC) e olio di paraffina (275-400 ᵒC). Il residuo della colonna di distillazione atmosferica – il mazut – bolle a temperature superiori a 350 ᵒC. Viene separato nella fase successiva della lavorazione dell’olio, che prevede la distillazione a pressione ridotta. Il vuoto e l’aggiunta di vapore riducono notevolmente i punti di ebollizione degli idrocarburi. Ciò consente loro di essere separati gli uni dagli altri senza il rischio di decomposizione termica. I prodotti della distillazione sotto vuoto di mazut sono gasolio sotto vuoto, distillati paraffinici e un prodotto intermedio per ulteriore lavorazione.
• Cracking catalitico : le singole frazioni di petrolio greggio contengono principalmente idrocarburi alifatici a catena lunga . Nell’industria la domanda maggiore è quella della benzina, che è una miscela di idrocarburi con catene di lunghezza compresa tra 5 e 12 atomi di carbonio. Il cracking catalitico, durante il quale i legami carbonio-carbonio nelle molecole a catena lunga vengono rotti, aiuta a ottenere tali composti. Il cracking viene solitamente avviato termicamente o cataliticamente. Le principali reazioni che si verificano durante il cracking catalitico sono la rottura dei legami CC negli alcani , la deidrogenazione dei nafteni, la rottura dell’anello degli idrocarburi naftenici e la polimerizzazione degli alcheni .
• Reforming : il reforming è un altro processo di raffinazione del petrolio, che mira a estrarre quanta più benzina possibile. Durante questo processo, gli idrocarburi con catene di carbonio lineari nelle loro molecole vengono trasformati in composti ramificati e/o aromatici. Il reforming viene applicato ai distillati di benzina, nonché ai prodotti di cracking delle frazioni petrolifere più pesanti. Questo processo è estremamente importante perché, sotto la sua influenza, aumenta il numero di ottano della benzina (isomerizzazione, deidrociclizzazione, aromatizzazione), il che ne aumenta notevolmente la qualità. Inoltre, durante il reforming vengono prodotte quantità significative di gas idrogeno. Viene utilizzato in idroprocessi come l’idroraffinazione e l’idrocracking.

Gas naturale

Il gas naturale è un altro combustibile fossile non rinnovabile di importanza energetica. È un combustibile gassoso. Si trova spesso nei depositi petroliferi, sia come frazione separata che disciolto in essi. A seconda dell’ubicazione del giacimento, esistono diversi tipi di gas naturale: ad alto contenuto di metano, ricco di azoto, secco e umido. Il primo è il più importante, poiché contiene la maggior quantità di metano nella sua composizione, fino al 98%. Inoltre, il gas naturale contiene anche (in quantità variabili) etano , propano , monossido di carbonio, anidride carbonica, azoto ed elio. È importante sottolineare che il gas naturale non ha odore. Per rilevarne rapidamente la fuoriuscita, viene profumato con sostanze speciali in modo che possa essere facilmente percepito. Il gas naturale estratto dal giacimento è piuttosto pesantemente contaminato. Pertanto, affinché possa essere utilizzato dai consumatori, deve essere sottoposto a processi di purificazione. Su di essi si basa la lavorazione del gas naturale. Le fasi chiave di questo processo includono:

• Disidratazione – consiste nell’eliminare l’umidità contenuta nel gas. Insieme ad esso vengono rimossi anche alcuni contaminanti. Il vapore acqueo presente nel gas naturale provoca la corrosione delle tubazioni e porta anche alla formazione di idrati , motivo per cui è necessario essiccare il gas naturale prima di immetterlo nella rete. Il liquido separato è chiamato acqua di formazione. Viene portato in apposite strutture di stoccaggio e poi ulteriormente purificato. I metodi utilizzati per disidratare il gas naturale sono le tecniche di assorbimento (glicoli), adsorbimento (sali di cloruro di calcio e magnesio) e tecniche a membrana.
• Rimozione dell’anidride carbonica : questo processo viene spesso definito decarbonizzazione. Insieme allo zolfo, l’anidride carbonica è uno degli inquinanti più dannosi presenti nel gas naturale. La _CO2 è un gas acido. Reagisce prontamente con il vapore acqueo nel gas e forma acido carbonico . Nonostante sia un acido di bassa potenza, a causa delle sue proprietà corrosive ha un impatto negativo, tra l’altro, sui sistemi di trasporto del gas. Pertanto è necessaria la decarbonizzazione del gas naturale.
• Desolforazione : la presenza di zolfo nel gas naturale, ad esempio sotto forma di idrogeno solforato, è molto dannosa. Non solo influisce sulla qualità del gas come combustibile, ma ha anche proprietà velenose e corrosive. Il solfuro di idrogeno è un gas altamente tossico. Anche la sua eliminazione dai giacimenti di gas naturale rappresenta un passo importante verso la tutela dell’ambiente. I processi di desolforazione utilizzano tipicamente metodi di adsorbimento fisico e chemisorbimento. Il carbone attivo e le zeoliti, tra gli altri, sono sufficientemente efficaci come adsorbenti che rimuovono l’H ₂ L’assorbimento avviene solitamente mediante reazione chimica con masse naturali (ad esempio ferro di palude). Uno dei metodi più efficaci per rimuovere l’idrogeno solforato è l’ossidazione contro un catalizzatore, il cosiddetto processo Claus. Prevede il recupero dello zolfo elementare dall’H ₂ S contenuto nel gas.

Torba

La torba è un combustibile fossile dalle proprietà uniche. È considerato il “più giovane” dei carboni fossili. La formazione della torba comporta la trasformazione dei detriti accumulati, principalmente materiale vegetale. Questi processi sono noti come torbazione. Si verificano ad alto contenuto di umidità e con accesso limitato all’ossigeno. Le torbe si dividono in omogenee ed eterogenee, caratterizzate da una composizione mista. La torba viene separata dalla lignite mediante un limite convenzionale del contenuto di carbonio elementare del 65%in peso. Dopo l’estrazione, la torba viene divisa in tre frazioni, a seconda della dimensione dei grani: piccola, media e grossa. La torba appena estratta è solitamente altamente acida, quindi vengono spesso utilizzati additivi come la polvere di dolomite per ridurre questa acidità.