Fosílne palivá a ich spracovanie

Čierne uhlie

Čierne uhlie je sedimentárna, horľavá hornina organického pôvodu. Vzniká premenou nahromadenej organickej hmoty. To je sprevádzané biologickými, biochemickými, geologickými a geochemickými procesmi , ktoré sa označujú pojmom karbonizácia . Hmota je potom obohatená o elementárny uhlík . Čierne uhlie zvyčajne obsahuje 75 až 92 %C, zatiaľ čo iná odroda uhlia – antracit – môže obsahovať až 97 %. Tieto procesy sú extrémne zdĺhavé a prebiehajú za špecifických teplotných a tlakových podmienok. Spracovanie čierneho uhlia zahŕňa:

• Koksovanie – je najdôležitejším procesom chemického spracovania čierneho uhlia . V dôsledku toho sa získa koks . Uhlie sa zahrieva na teplotu 900 až 1100 ᵒC, bez prístupu vzduchu. Za týchto podmienok sa palivo rozkladá a vzniká koks (vo forme pevného zvyšku) a zmes plynov, ktoré sa nazývajú ľahké koksovacie produkty. V procese koksovania je dôležité správne pripraviť surovinu na koksovanie tak, aby výsledný produkt bol kvalitný, teda mal správnu granuláciu, pórovitosť a mechanickú pevnosť. Dôležitá je tu kvalita čierneho uhlia. Proces prípravy uhlia zahŕňa váženie, mletie a miešanie.
• Splyňovanie – podstatou tohto procesu je premena vyťaženého uhlia na plyn s energetickými vlastnosťami. Splyňovanie čierneho uhlia sa vykonáva v priemyselných zariadeniach špeciálne prispôsobených na tento účel . Proces splyňovania prebieha v prítomnosti vzduchu alebo čistého kyslíka. Dôležité je, že čierne uhlie – surovina prichádzajúca do reaktora splyňovacieho zariadenia – nemusí byť najvyššej kvality. Na to sa dobre hodí aj kontaminované uhlie. O kvalite produktu však rozhoduje stupeň čistoty suroviny. Syntézny plyn, ktorý vzniká splyňovaním uhlia, je dôležitou náhradou zemného plynu v chemickom priemysle .

Prečítajte si tiež: alotropné odrody uhlíka .

Surová ropa

Surová ropa je komplexná zmes chemických zlúčenín . Jeho zloženie (približne 80 – 90 %) tvoria prevažne kvapalné uhľovodíky alebo rozpustené tuhé uhľovodíky . Surová ropa pozostáva predovšetkým z parafínových, aromatických a cykloparafínových uhľovodíkov. Okrem vyššie uvedeného sa v rope nachádzajú aj organické zlúčeniny obsahujúce vo svojej štruktúre prvky ako kyslík, síra či dusík. V závislosti od toho, kde a kde sa olej získava , sa líši vo vzhľade a chemickom zložení. Jeho uhľovodíkové zloženie a prítomnosť ďalších zložiek ovplyvňujú výber a priebeh jeho spracovania. Základné spracovanie ropy zahŕňa:

• Destilácia – tento proces má za cieľ rozdeliť surovú ropu na jednotlivé frakcie (odtiaľ názov frakčná destilácia), ktoré je možné následne použiť samostatne alebo poslať na ďalšie spracovanie. Surové destilačné zariadenia pozostávajú z dvoch jednostupňových destilačných systémov. Prvým je destilácia pri atmosférickom tlaku a druhým je destilácia pri zníženom tlaku. Pri atmosférickej destilácii sa získajú tri hlavné frakcie: prvý destilačný ťažký benzín (rozmedzie varu 30 – 200 °C), petrolej (175 – 300 °C) a parafínový olej (275 – 400 °C). Zvyšok z atmosférickej destilačnej kolóny – mazut – vrie pri teplotách nad 350 ᵒC. Oddeľuje sa v ďalšom stupni spracovania oleja, ktorý zahŕňa destiláciu pri zníženom tlaku. Vákuum a pridávanie pary výrazne znižujú teploty varu uhľovodíkov. To umožňuje ich vzájomné oddelenie bez rizika tepelného rozkladu. Produktmi vákuovej destilácie mazutu sú vákuový plynový olej, parafínové destiláty a medziprodukt na ďalšie spracovanie.
• Katalytické krakovanie – jednotlivé frakcie ropy obsahujú najmä alifatické uhľovodíky s dlhým reťazcom . V priemysle je najväčší dopyt po benzíne, čo je zmes uhľovodíkov s dĺžkou reťazca od 5 do 12 atómov uhlíka. Získať takéto zlúčeniny pomáha katalytické krakovanie, počas ktorého sa prerušia väzby uhlík-uhlík v molekulách s dlhým reťazcom. Krakovanie sa zvyčajne iniciuje tepelne alebo katalyticky. Hlavné reakcie vyskytujúce sa počas katalytického krakovania sú štiepenie CC väzieb v alkánoch , dehydrogenácia nafténov, štiepenie kruhu nafténových uhľovodíkov a polymerizácia alkénov .
• Reformovanie – reformovanie je ďalší proces rafinácie ropy, ktorého cieľom je vyťažiť čo najviac benzínu. Počas tohto procesu sa uhľovodíky s priamymi uhlíkovými reťazcami vo svojich molekulách premieňajú na rozvetvené a/alebo aromatické zlúčeniny. Reformovanie sa aplikuje na benzínové destiláty, ako aj na produkty krakovania ťažších ropných frakcií. Tento proces je mimoriadne dôležitý, pretože jeho vplyvom sa zvyšuje oktánové číslo benzínu (izomerizácia, dehydrocyklizácia, aromatizácia), čím sa výrazne zvyšuje jeho kvalita. Okrem toho počas reformovania vzniká značné množstvo plynného vodíka. Používa sa v hydroprocesoch, ako je hydrorafinácia a hydrokrakovanie.

Zemný plyn

Zemný plyn je ďalším energeticky významným neobnoviteľným fosílnym palivom. Je to plynné palivo. Často sa nachádza s ložiskami ropy – buď ako samostatná frakcia alebo rozpustená v nej. V závislosti od polohy zásobníka existuje niekoľko druhov zemného plynu: s vysokým obsahom metánu, bohatý na dusík, suchý a mokrý. Prvý z nich je najdôležitejší, keďže vo svojom zložení obsahuje najviac metánu, až 98 %. Okrem toho zemný plyn obsahuje (v rôznych množstvách) aj etán , propán , oxid uhoľnatý, oxid uhličitý, dusík a hélium. Dôležité je, že zemný plyn nemá žiadny zápach. Aby sa rýchlo zistilo jeho presakovanie, je ovoňaný špeciálnymi látkami, aby ho bolo možné ľahko snímať. Zemný plyn vyťažený z poľa je dosť silne kontaminovaný. Aby ho teda spotrebitelia mohli používať, musí prejsť procesmi čistenia. Na nich je založené spracovanie zemného plynu. Medzi kľúčové fázy tohto procesu patria:

• Dehydratácia – spočíva v odstránení vlhkosti obsiahnutej v plyne. Spolu s ním sa odstránia aj niektoré nečistoty. Vodná para v zemnom plyne spôsobuje koróziu potrubí a tiež vedie k tvorbe hydrátov , preto je potrebné zemný plyn pred vypustením do siete vysušiť. Oddelená kvapalina sa nazýva formačná voda. Odvezie sa do špeciálnych skladovacích zariadení a potom sa ďalej čistí. Metódy používané na dehydratáciu zemného plynu sú absorpcia (glykoly), adsorpcia (chloridové soli vápenaté a horečnaté) a membránové techniky.
• Odstraňovanie oxidu uhličitého – tento proces sa často označuje ako dekarbonizácia. Oxid uhličitý je spolu so sírou jednou z najškodlivejších znečisťujúcich látok v zemnom plyne. _CO2 je kyslý plyn. Ľahko reaguje s vodnou parou v plyne a vytvára kyselinu uhličitú . Hoci ide o kyselinu s nízkou účinnosťou, má pre svoje korozívne vlastnosti okrem iného negatívny vplyv na systémy transportu plynu. Preto je potrebná dekarbonizácia zemného plynu.
• Odsírenie – prítomnosť síry v zemnom plyne, napr. vo forme sírovodíka, je veľmi škodlivá. Ovplyvňuje nielen kvalitu plynu ako paliva, ale má aj jedovaté a korozívne vlastnosti. Sírovodík je vysoko toxický plyn. Jeho eliminácia z ložísk zemného plynu je tiež dôležitým krokom k ochrane životného prostredia. Procesy odsírenia zvyčajne využívajú metódy fyzikálnej adsorpcie a chemisorpcie. Aktívne uhlie a zeolity, okrem iného, ​​sú uspokojivo účinné ako adsorbenty odstraňujúce _H2. Absorpcia zvyčajne prebieha chemickou reakciou s prírodnými hmotami (napr. bahenné železo). Jednou z najúčinnejších metód odstraňovania sírovodíka je oxidácia proti katalyzátoru, takzvaný Clausov proces. Zahŕňa regeneráciu elementárnej síry z H ₂ S obsiahnutého v plyne.

Rašelina

Rašelina je fosílne palivo s jedinečnými vlastnosťami. Považuje sa za „najmladšie“ fosílne uhlie. Tvorba rašeliny zahŕňa premenu nahromadených zvyškov, najmä rastlinného materiálu. Tieto procesy sú známe ako peatifikácia. Vyskytujú sa pri vysokom obsahu vlhkosti a s obmedzeným prístupom kyslíka. Rašeliny sa delia na homogénne a heterogénne, ktoré sa vyznačujú zmiešaným zložením. Rašelina je oddelená od hnedého uhlia konvenčným limitom obsahu elementárneho uhlíka 65 %hmotnosti. Po extrakcii sa rašelina rozdelí na tri frakcie v závislosti od zrnitosti: malé, stredné a veľké. Čerstvo extrahovaná rašelina je zvyčajne vysoko kyslá, takže na zníženie tejto kyslosti sa často používajú prísady, ako je dolomitový prášok.