Fossila bränslen och deras bearbetning

Hård kol

Stenkol är en sedimentär, brännbar bergart av organiskt ursprung. Det bildas genom omvandling av ackumulerat organiskt material. Detta åtföljs av biologiska, biokemiska, geologiska och geokemiska processer , som kallas för karbonisering . Materien anrikas sedan på elementärt kol . Stenkol innehåller vanligtvis mellan 75 och 92 %C, medan en annan sort av kol – antracit – kan innehålla upp till 97 %. Dessa processer är extremt långa och sker under specifika temperatur- och tryckförhållanden. Bearbetningen av stenkol inkluderar:

• Kosning – är den viktigaste processen för kemisk bearbetning av stenkol . Som ett resultat erhålls koks . Kolet värms upp till en temperatur på 900 till 1100 ᵒC, utan tillgång till luft. Under dessa förhållanden sönderdelas bränslet och koks (i form av en fast rest) och en blandning av gaser bildas, som kallas lätta koksprodukter. I kokningsprocessen är det viktigt att förbereda råvaran för koksning så att slutprodukten är av god kvalitet, dvs har rätt granulering, porositet och mekanisk styrka. Graden av stenkol är betydande här. Kolberedningsprocessen innefattar vägning, malning och blandning.
• Förgasning – kärnan i denna process är omvandlingen av extraherat kol till en gas med energiska egenskaper. Stenkolsförgasning utförs i industrianläggningar speciellt anpassade för detta ändamål . Förgasningsprocessen sker i närvaro av luft eller rent syre. Viktigt är att stenkolet – råmaterialet som går in i reaktorn i förgasningsanläggningen – inte behöver vara av högsta kvalitet. Förorenat kol är också väl lämpat för detta. Råmaterialets renhetsgrad avgör dock produktens kvalitet. Syntesgas, som produceras genom kolförgasning, är ett viktigt substitut för naturgas i den kemiska industrin .

Läs också: allotropa varianter av kol .

Råolja

Råolja är en komplex blandning av kemiska föreningar . Dess sammansättning (ungefär 80-90%) är övervägande flytande kolväten eller lösta fasta kolväten . Råolja består främst av paraffiniska, aromatiska och cykloparaffiniska kolväten. Utöver ovanstående finns även organiska föreningar som innehåller element som syre, svavel eller kväve i sina strukturer i råolja. Beroende på var och var oljan utvinns varierar den i utseende och kemisk sammansättning. Dess kolvätesammansättning och närvaron av andra komponenter påverkar valet och förloppet för dess bearbetning. Grundläggande bearbetning av råolja inkluderar:

• Destillation – denna process syftar till att separera råoljan i enskilda fraktioner (därav namnet fraktionerad destillation), som sedan kan användas oberoende eller skickas för vidare bearbetning. Rådestillationsanläggningar består av två enstegsdestillationssystem. Den första är destillation under atmosfärstryck och den andra är destillation under reducerat tryck. Under atmosfärisk destillation erhålls tre huvudfraktioner: första destillationsnafta (kokpunktsintervall 30-200 ᵒC), fotogen (175-300 ᵒC) och paraffinolja (275-400 ᵒC). Återstoden från den atmosfäriska destillationskolonnen – mazuten – kokar vid temperaturer över 350 ᵒC. Det separeras i nästa steg av oljebearbetning, vilket innebär destillation under reducerat tryck. Vakuum och tillsats av ånga minskar avsevärt kolvätenas kokpunkter. Detta gör att de kan separeras från varandra utan risk för termisk nedbrytning. Produkterna från vakuumdestillation av mazut är vakuumgasolja, paraffindestillat och en mellanprodukt för vidare bearbetning.
• Katalytisk krackning – enskilda råoljefraktioner innehåller huvudsakligen långkedjiga alifatiska kolväten . Inom industrin är efterfrågan störst på bensin, som är en blandning av kolväten med kedjelängder på mellan 5 och 12 kolatomer. Katalytisk krackning, under vilken kol-kolbindningarna i långkedjiga molekyler bryts, hjälper till att erhålla sådana föreningar. Sprickbildning initieras vanligtvis termiskt eller katalytiskt. De huvudsakliga reaktionerna som inträffar under katalytisk krackning är brytning av CC-bindningar i alkaner , dehydrering av naftener, ringbrytning av nafteniska kolväten och polymerisation av alkener .
• Reforming – reforming är en annan petroleumraffineringsprocess, som syftar till att utvinna så mycket bensin som möjligt. Under denna process omvandlas kolväten med raka kolkedjor i sina molekyler till grenade och/eller aromatiska föreningar. Reformering tillämpas på bensindestillat, såväl som på produkterna från krackning av de tyngre petroleumfraktionerna. Denna process är extremt viktig eftersom, under dess inflytande, ökar bensinens oktantal (isomerisering, dehydrocyklisering, aromatisering), vilket ökar dess kvalitet avsevärt. Dessutom produceras betydande mängder vätgas under reformeringen. Det används i hydroprocesser som hydroraffinering och hydrokrackning.

Naturgas

Naturgas är ett annat icke-förnybart fossilt bränsle av energivikt. Det är ett gasformigt bränsle. Den finns ofta med oljeavlagringar – antingen som en separat fraktion eller löst i den. Beroende på reservoarens placering finns det flera typer av naturgas: högmetan, kväverik, torr och våt. Den första av dem är den viktigaste, eftersom den innehåller mest metan i sin sammansättning, upp till 98%. Dessutom innehåller naturgas (i varierande mängd) etan , propan , kolmonoxid, koldioxid, kväve och helium. Viktigt är att naturgas inte luktar. För att snabbt kunna upptäcka läckaget är det doftat med speciella ämnen så att det lätt kan kännas. Naturgasen som utvinns från fältet är ganska kraftigt förorenad. För att det ska kunna användas av konsumenter måste det alltså genomgå reningsprocesser. Naturgasbehandling är baserad på dem. De viktigaste stegen i denna process inkluderar:

• Dehydrering – består i att eliminera fukten som finns i gasen. Vissa föroreningar tas också bort tillsammans med det. Vattenångan i naturgas orsakar korrosion av rörledningar och leder också till bildning av hydrater , varför det är nödvändigt att torka naturgas innan den släpps ut i nätverket. Den separerade vätskan kallas bildningsvatten. Den förs till speciella lagringsanläggningar och renas sedan ytterligare. De metoder som används för att dehydratisera naturgas är absorption (glykoler), adsorption (kalcium- och magnesiumkloridsalter) och membrantekniker.
• Avlägsnande av koldioxid – denna process kallas ofta för avkolning. Tillsammans med svavel är koldioxid en av de mer skadliga föroreningarna i naturgas. CO ₂ är en sur gas. Den reagerar lätt med vattenångan i gasen och bildar kolsyra . Även om det är en lågpotent syra har den en negativ inverkan på bland annat gastransportsystem på grund av dess korrosiva egenskaper. Därför är avkarbonisering av naturgas nödvändig.
• Avsvavling – förekomsten av svavel i naturgas, t.ex. i form av svavelväte, är mycket skadligt. Det påverkar inte bara kvaliteten på gasen som bränsle, utan har också giftiga och frätande egenskaper. Svavelväte är en mycket giftig gas. Att eliminera det från naturgasfyndigheter är också ett viktigt steg mot att skydda miljön. Avsvavlingsprocesser använder vanligtvis fysikalisk adsorption och kemisorptionsmetoder. Aktivt kol och zeoliter är bland annat tillfredsställande effektiva då adsorbenter som tar bort H ₂ Absorption sker vanligtvis genom kemisk reaktion med naturliga massor (t.ex. myrjärn). En av de mest effektiva metoderna för att avlägsna vätesulfid är oxidation mot en katalysator, den så kallade Claus-processen. Det innebär utvinning av elementärt svavel från H ₂ S som finns i gasen.

Torv

Torv är ett fossilt bränsle med unika egenskaper. Det anses vara det "yngsta" av de fossila kolen. Torvbildning innebär omvandling av ackumulerat skräp, främst växtmaterial. Dessa processer är kända som torvning. De förekommer vid hög fukthalt och med begränsad tillgång till syre. Torv är uppdelad i homogena och heterogena, som kännetecknas av en blandad sammansättning. Torv separeras från brunkol med en konventionell gräns för innehållet av elementärt kol på 65 viktprocent. Efter extraktion delas torven in i tre fraktioner, beroende på kornstorlek: liten, medelstor och stor. Färskt extraherad torv är vanligtvis mycket sur, så tillsatser som dolomitpulver används ofta för att minska denna surhet.