Bahan api fosil dan pemprosesannya

Arang batu keras

Arang batu keras ialah batuan sedimen, mudah terbakar yang berasal dari organik. Ia dibentuk oleh transformasi bahan organik terkumpul. Ini disertai dengan proses biologi, biokimia, geologi dan geokimia , yang dirujuk dengan istilah pengkarbonan . Bahan tersebut kemudiannya diperkaya dengan unsur karbon . Arang batu keras biasanya mengandungi antara 75 dan 92%C, manakala satu lagi jenis arang batu – antrasit – boleh mengandungi sehingga 97%. Proses ini sangat panjang dan berlaku di bawah keadaan suhu dan tekanan tertentu. Pemprosesan arang batu keras termasuk:

• Coking – adalah proses yang paling penting untuk pemprosesan kimia arang batu keras . Akibatnya, kok diperolehi. Arang batu dipanaskan pada suhu 900 hingga 1100 ᵒC, tanpa akses kepada udara. Di bawah keadaan ini, bahan api terurai dan kok (dalam bentuk sisa pepejal) dan campuran gas dihasilkan, yang dipanggil produk coking ringan. Dalam proses membuat kok, adalah penting untuk menyediakan bahan mentah untuk memasak dengan betul supaya produk akhir adalah berkualiti, iaitu mempunyai granulasi, keliangan dan kekuatan mekanikal yang betul. Gred arang keras adalah penting di sini. Proses penyediaan arang batu melibatkan penimbangan, pengisaran dan pencampuran.
• Pengegasan – intipati proses ini ialah transformasi arang batu yang diekstrak menjadi gas dengan sifat bertenaga. Pengegasan arang batu keras dijalankan dalam pemasangan industri yang disesuaikan khas untuk tujuan ini . Proses pengegasan berlaku dengan kehadiran udara atau oksigen tulen. Yang penting, arang batu keras – bahan mentah yang masuk ke dalam reaktor loji pengegasan – tidak semestinya berkualiti tinggi. Arang batu yang tercemar juga sangat sesuai untuk ini. Walau bagaimanapun, tahap ketulenan bahan mentah menentukan kualiti produk. Gas sintesis, yang dihasilkan oleh pengegasan arang batu, merupakan pengganti penting untuk gas asli dalam industri kimia .

Baca juga: jenis alotropik karbon .

Minyak mentah

Minyak mentah ialah campuran kompleks sebatian kimia . Komposisinya (kira-kira 80-90%) kebanyakannya adalah hidrokarbon cecair atau hidrokarbon pepejal terlarut. Minyak mentah terdiri terutamanya daripada hidrokarbon parafin, aromatik dan sikloparafin. Selain di atas, sebatian organik yang mengandungi unsur-unsur seperti oksigen, sulfur atau nitrogen dalam strukturnya juga terdapat dalam minyak mentah. Bergantung pada tempat dan di mana minyak diekstrak , ia berbeza dalam rupa dan komposisi kimia. Komposisi hidrokarbonnya dan kehadiran komponen lain mempengaruhi pilihan dan perjalanan pemprosesannya. Pemprosesan minyak mentah asas termasuk:

• Penyulingan – proses ini bertujuan untuk memisahkan minyak mentah kepada pecahan individu (maka dinamakan penyulingan pecahan), yang kemudiannya boleh digunakan secara bebas atau dihantar untuk pemprosesan selanjutnya. Loji penyulingan mentah terdiri daripada dua sistem penyulingan satu peringkat. Yang pertama ialah penyulingan di bawah tekanan atmosfera dan yang kedua ialah penyulingan di bawah tekanan yang dikurangkan. Di bawah penyulingan atmosfera, tiga pecahan utama diperoleh: nafta penyulingan pertama (julat didih 30-200 ᵒC), minyak tanah (175-300 ᵒC) dan minyak parafin (275-400 ᵒC). Sisa dari lajur penyulingan atmosfera – mazut – mendidih pada suhu melebihi 350 ᵒC. Ia dipisahkan dalam peringkat seterusnya pemprosesan minyak, yang melibatkan penyulingan di bawah tekanan yang dikurangkan. Vakum dan penambahan wap mengurangkan takat didih hidrokarbon dengan ketara. Ini membolehkan mereka dipisahkan antara satu sama lain tanpa risiko penguraian haba. Produk penyulingan vakum mazut ialah minyak gas vakum, sulingan parafin dan produk perantaraan untuk pemprosesan selanjutnya.
• Keretakan katalitik – pecahan minyak mentah individu mengandungi terutamanya hidrokarbon alifatik rantai panjang . Dalam industri, permintaan terbesar adalah untuk petrol, yang merupakan campuran hidrokarbon dengan panjang rantai antara 5 dan 12 atom karbon. Keretakan katalitik, semasa ikatan karbon-karbon dalam molekul rantai panjang dipecahkan, membantu mendapatkan sebatian tersebut. Keretakan biasanya dimulakan secara terma atau pemangkin. Tindak balas utama yang berlaku semasa keretakan bermangkin ialah pemecahan ikatan CC dalam alkana , penyahhidrogenan naphthenes, pemecahan cincin hidrokarbon naphthenic dan pempolimeran alkena .
• Pembaharuan – reformasi adalah satu lagi proses penapisan petroleum, yang bertujuan untuk mengekstrak sebanyak mungkin petrol. Semasa proses ini, hidrokarbon dengan rantai karbon lurus dalam molekulnya diubah menjadi sebatian bercabang dan/atau aromatik. Pembaharuan digunakan untuk sulingan petrol, serta produk rekahan pecahan petroleum yang lebih berat. Proses ini amat penting kerana, di bawah pengaruhnya, nombor oktana petrol dinaikkan (isomerisasi, penyahhidrocyclization, aromatisasi), yang meningkatkan kualitinya dengan ketara. Di samping itu, sejumlah besar gas hidrogen dihasilkan semasa pembaharuan. Ia digunakan dalam hydroprocesses seperti hydrorefining dan hydrocracking.

Gas asli

Gas asli adalah satu lagi bahan api fosil yang tidak boleh diperbaharui yang mempunyai kepentingan tenaga. Ia adalah bahan api gas. Ia sering dijumpai dengan deposit minyak – sama ada sebagai pecahan berasingan atau terlarut di dalamnya. Bergantung pada lokasi takungan, terdapat beberapa jenis gas asli: metana tinggi, kaya nitrogen, kering dan basah. Yang pertama adalah yang paling penting, kerana ia mengandungi paling banyak metana dalam komposisinya, sehingga 98%. Selain itu, gas asli juga mengandungi (dalam jumlah yang berbeza-beza) etana , propana , karbon monoksida, karbon dioksida, nitrogen dan helium. Yang penting, gas asli tidak mempunyai bau. Untuk mengesan kebocorannya dengan cepat, ia dihidu dengan bahan khas supaya ia mudah dirasai. Gas asli yang diekstrak dari ladang agak tercemar. Justeru, bagi membolehkan ia digunakan oleh pengguna, ia mesti melalui proses penulenan. Pemprosesan gas asli adalah berdasarkan mereka. Peringkat utama proses ini termasuk:

• Dehidrasi – terdiri daripada menghapuskan kelembapan yang terkandung dalam gas. Sesetengah bahan cemar juga dikeluarkan bersama-sama dengannya. Wap air dalam gas asli menyebabkan pengakisan saluran paip dan juga membawa kepada pembentukan hidrat , itulah sebabnya gas asli perlu dikeringkan sebelum melepaskannya ke dalam rangkaian. Cecair yang dipisahkan dipanggil air pembentukan. Ia dibawa ke kemudahan penyimpanan khas dan kemudian disucikan lagi. Kaedah yang digunakan untuk dehidrasi gas asli ialah penyerapan (glikol), penjerapan (garam kalsium dan magnesium klorida) dan teknik membran.
• Penyingkiran karbon dioksida – proses ini sering dirujuk sebagai penyahkarbonan. Bersama-sama dengan sulfur, karbon dioksida adalah salah satu bahan pencemar yang lebih berbahaya dalam gas asli. CO ₂ ialah gas berasid. Ia mudah bertindak balas dengan wap air dalam gas dan membentuk asid karbonik . Walaupun ia adalah asid berkeupayaan rendah, ia mempunyai kesan negatif, antara lain, sistem pengangkutan gas kerana sifat menghakisnya. Oleh itu, penyahkarbonan gas asli adalah perlu.
• Desulfurisasi – kehadiran sulfur dalam gas asli, contohnya dalam bentuk hidrogen sulfida, adalah sangat memudaratkan. Ia bukan sahaja menjejaskan kualiti gas sebagai bahan api, tetapi juga mempunyai sifat beracun dan menghakis. Hidrogen sulfida adalah gas yang sangat toksik. Menghapuskannya daripada mendapan gas asli juga merupakan langkah penting ke arah melindungi alam sekitar. Proses penyahsulfuran biasanya menggunakan kaedah penjerapan fizikal dan kemisorpsi. Karbon teraktif dan zeolit, antara lain, berkesan memuaskan kerana penjerap yang mengeluarkan H ₂ Penyerapan biasanya berlaku melalui tindak balas kimia dengan jisim semula jadi (contohnya besi rawa). Salah satu kaedah yang paling berkesan untuk mengeluarkan hidrogen sulfida ialah pengoksidaan terhadap mangkin, proses Claus yang dipanggil. Ia melibatkan pemulihan unsur sulfur daripada H ₂ S yang terkandung dalam gas.

gambut

Gambut ialah bahan api fosil dengan sifat unik. Ia dianggap ‘termuda’ daripada arang fosil. Pembentukan gambut melibatkan transformasi serpihan terkumpul, terutamanya bahan tumbuhan. Proses ini dikenali sebagai peatifikasi. Ia berlaku pada kandungan lembapan yang tinggi dan dengan akses terhad kepada oksigen. Gambut dibahagikan kepada homogen dan heterogen, yang dicirikan oleh komposisi campuran. Gambut diasingkan daripada lignit dengan had konvensional kandungan karbon unsur sebanyak 65%mengikut berat. Selepas pengekstrakan, gambut dibahagikan kepada tiga pecahan, bergantung kepada saiz bijian: kecil, sederhana dan besar. Gambut yang baru diekstrak biasanya sangat berasid, jadi bahan tambahan seperti serbuk dolomit sering digunakan untuk mengurangkan keasidan ini.