เชื้อเพลิงฟอสซิลและการแปรรูป

ถ่านหินแข็ง

ถ่านหินแข็งเป็นหินตะกอนและติดไฟได้ซึ่งมีต้นกำเนิดจากสารอินทรีย์ เกิดจากการเปลี่ยนรูปของอินทรียวัตถุที่สะสมอยู่ สิ่งนี้เกิดขึ้นพร้อมกับ กระบวนการทางชีววิทยา ชีวเคมี ธรณีวิทยา และธรณีเคมี ซึ่งเรียกกันว่า คาร์บอไนเซชัน จากนั้นสสารก็จะอุดมด้วย ธาตุคาร์บอน โดยทั่วไปถ่านหินแข็งจะมีอยู่ระหว่าง 75 ถึง 92%C ในขณะที่ถ่านหินอีกประเภทหนึ่งคือ แอนทราไซต์ สามารถมีได้ถึง 97%กระบวนการเหล่านี้มีความยาวมากและเกิดขึ้นภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันที่เฉพาะเจาะจง การแปรรูปถ่านหินแข็งประกอบด้วย:

• โค้ก เป็น กระบวนการที่สำคัญที่สุดสำหรับการแปรรูปทางเคมีของถ่านหินแข็ง เป็นผลให้ได้ โค้ก ถ่านหินถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 900 ถึง 1100 ᵒC โดยไม่ต้องเข้าถึงอากาศ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ เชื้อเพลิงจะสลายตัวและโค้ก (ในรูปของสารตกค้างที่เป็นของแข็ง) และเกิดส่วนผสมของก๊าซ ซึ่งเรียกว่าผลิตภัณฑ์ถ่านโค้กเบา ในกระบวนการโค้ก สิ่งสำคัญคือต้องเตรียมวัตถุดิบสำหรับโค้กอย่างเหมาะสมเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายมีคุณภาพดี เช่น มีเม็ดละเอียด ความพรุน และความแข็งแรงเชิงกลที่เหมาะสม เกรดของถ่านหินแข็งมีความสำคัญที่นี่ กระบวนการเตรียมถ่านหินเกี่ยวข้องกับการชั่งน้ำหนัก การบด และการผสม
• การแปรสภาพเป็นแก๊ส – สาระสำคัญของกระบวนการนี้คือการเปลี่ยนถ่านหินที่สกัดแล้วให้เป็นก๊าซที่มีคุณสมบัติเป็นพลังงาน การแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหินแข็งดำเนินการในโรงงานอุตสาหกรรม ที่ได้รับการดัดแปลงเป็นพิเศษเพื่อจุดประสงค์นี้ กระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สเกิดขึ้นเมื่อมีอากาศหรือออกซิเจนบริสุทธิ์ ที่สำคัญ ถ่านหินแข็งซึ่งเป็นวัตถุดิบที่เข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ของโรงงานแปรสภาพเป็นแก๊ส ไม่จำเป็นต้องมีคุณภาพสูงสุด ถ่านหินที่ปนเปื้อนก็เหมาะกับสิ่งนี้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม ระดับความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบจะเป็นตัวกำหนดคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ก๊าซสังเคราะห์ซึ่งผลิตโดยกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหิน เป็นสิ่งทดแทนที่สำคัญสำหรับก๊าซธรรมชาติใน อุตสาหกรรมเคมี

อ่านเพิ่มเติม: คาร์บอนพันธุ์ allotropic

น้ำมันดิบ

น้ำมันดิบเป็น ส่วนผสมที่ซับซ้อนของสารประกอบทางเคมี ส่วนประกอบ (ประมาณ 80-90%) เป็นไฮโดรคาร์บอนเหลวเป็นส่วนใหญ่หรือ ไฮโดรคาร์บอน แข็งที่ละลายได้ น้ำมันดิบประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนพาราฟินิก อะโรมาติก และไซโคลพาราฟินิกเป็นหลัก นอกเหนือจากที่กล่าวมาข้างต้น สารประกอบอินทรีย์ที่มีองค์ประกอบต่างๆ เช่น ออกซิเจน ซัลเฟอร์ หรือไนโตรเจน ในโครงสร้างยังพบได้ในน้ำมันดิบอีกด้วย ขึ้นอยู่กับสถานที่และสถานที่ที่ สกัดน้ำมัน ลักษณะและองค์ประกอบทางเคมีจะแตกต่างกันไป องค์ประกอบของไฮโดรคาร์บอนและการมีอยู่ของส่วนประกอบอื่น ๆ ส่งผลต่อการเลือกและขั้นตอนของการแปรรูป การแปรรูปน้ำมันดิบขั้นพื้นฐานประกอบด้วย:

• การกลั่น – กระบวนการนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อแยกน้ำมันดิบออกเป็น เศษส่วน แต่ละส่วน (จึงเป็นที่มาของชื่อการกลั่นแบบเศษส่วน) ซึ่งสามารถนำไปใช้แยกกันหรือส่งไปแปรรูปต่อไปได้ โรงงานกลั่นน้ำมันดิบประกอบด้วยระบบการกลั่นแบบขั้นตอนเดียวสองระบบ วิธีแรกคือการกลั่นภายใต้ความดันบรรยากาศ และวิธีที่สองคือการกลั่นภายใต้ความดันลดลง ภายใต้การกลั่นในบรรยากาศ จะได้เศษส่วนหลักสามส่วน: แนฟทาการกลั่นครั้งแรก (ช่วงจุดเดือด 30-200 ᵒC), น้ำมันก๊าด (175-300 ᵒC) และน้ำมันพาราฟิน (275-400 ᵒC) สารตกค้างจากคอลัมน์การกลั่นในชั้นบรรยากาศ – มาซูต – เดือดที่อุณหภูมิสูงกว่า 350 ᵒC มันถูกแยกออกในขั้นตอนต่อไปของการแปรรูปน้ำมัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการกลั่นภายใต้แรงดันที่ลดลง สุญญากาศและการเติมไอน้ำช่วยลดจุดเดือดของไฮโดรคาร์บอนได้อย่างมาก ช่วยให้สามารถแยกออกจากกันได้โดยไม่มีความเสี่ยงต่อการสลายตัวเนื่องจากความร้อน ผลิตภัณฑ์ของการกลั่นแบบสุญญากาศของ mazut ได้แก่ น้ำมันแก๊สสุญญากาศ การกลั่นแบบพาราฟิน และผลิตภัณฑ์ขั้นกลางสำหรับการแปรรูปต่อไป
• การแตกร้าวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา – เศษส่วนของน้ำมันดิบแต่ละส่วนประกอบด้วย ไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติก สายยาวเป็นส่วนใหญ่ ในอุตสาหกรรม ความต้องการสูงสุดคือน้ำมันเบนซิน ซึ่งเป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนที่มีความยาวสายโซ่อยู่ระหว่าง 5 ถึง 12 อะตอมของคาร์บอน การแตกตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาในระหว่างที่พันธะคาร์บอน-คาร์บอนในโมเลกุลสายโซ่ยาวแตกออก จะช่วยให้ได้สารประกอบดังกล่าว การแคร็ก มักเกิดขึ้นจากความร้อนหรือตัวเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาหลักที่เกิดขึ้นในระหว่างการแตกตัวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาคือการแตกของพันธะ CC ใน อัลเคน การดีไฮโดรจีเนชันของแนฟธีน การแตกของวงแหวนของไฮโดรคาร์บอนแนฟเทนิก และ การเกิดพอ ลิเมอไรเซชันของ อัลคีน
• การปฏิรูป – การปฏิรูป เป็นกระบวนการกลั่นปิโตรเลียมอีกกระบวนการหนึ่งซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อ สกัดน้ำมันให้ได้มากที่สุด ในระหว่างกระบวนการนี้ ไฮโดรคาร์บอนที่มีโซ่คาร์บอนตรงในโมเลกุลจะถูกเปลี่ยนเป็นสารประกอบที่มีกิ่งก้านและ/หรืออะโรมาติก การปฏิรูปจะใช้กับการกลั่นน้ำมันเบนซิน เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์จากการแตกร้าวของเศษส่วนปิโตรเลียมที่หนักกว่า กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากภายใต้อิทธิพลของกระบวนการนี้ ค่าออกเทนของน้ำมันจะเพิ่มขึ้น (ไอโซเมอไรเซชัน ดีไฮโดรไซไลเซชัน อะโรมาติเซชัน) ซึ่งจะเพิ่มคุณภาพอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ยังมีการผลิตก๊าซไฮโดรเจนจำนวนมากในระหว่างการปฏิรูป มันถูกใช้ในกระบวนการไฮโดรโพรเซสเช่นไฮโดรรีไฟน์นิ่งและไฮโดรแคร็กกิ้ง

ก๊าซธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ไม่หมุนเวียนอีกชนิดหนึ่งซึ่งมีความสำคัญด้านพลังงาน มันเป็นเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซ มักพบมีคราบน้ำมัน – ไม่ว่าจะแยกส่วนหรือละลายในนั้น มีก๊าซธรรมชาติหลายประเภทขึ้นอยู่กับตำแหน่งของอ่างเก็บน้ำ: มีเทนสูง อุดมด้วยไนโตรเจน แห้งและเปียก อย่างแรกคือสิ่งที่สำคัญที่สุดเนื่องจากมีมีเทนมากที่สุดในองค์ประกอบมากถึง 98%นอกจากนี้ ก๊าซธรรมชาติยังประกอบด้วย (ในปริมาณที่แตกต่างกัน) อีเทน โพรเพน คาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และฮีเลียม ที่สำคัญก๊าซธรรมชาติไม่มีกลิ่น เพื่อตรวจจับการรั่วไหลได้อย่างรวดเร็ว จึงมีการปรุงแต่งด้วยสารพิเศษเพื่อให้สามารถตรวจจับได้ง่าย ก๊าซธรรมชาติที่สกัดได้จากแหล่งนี้มีการปนเปื้อนค่อนข้างมาก ดังนั้นเพื่อให้ผู้บริโภคนำไปใช้ได้ จะต้องผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ การแปรรูปก๊าซธรรมชาติขึ้นอยู่กับสิ่งเหล่านี้ ขั้นตอนสำคัญของกระบวนการนี้ได้แก่:

• การคายน้ำ – ประกอบด้วยการขจัดความชื้นที่มีอยู่ในก๊าซ สารปนเปื้อนบางชนิดจะถูกกำจัดออกไปด้วย ไอน้ำในก๊าซธรรมชาติทำให้เกิด การกัดกร่อน ของท่อและยังนำไปสู่การก่อตัวของ ไฮเดรต ซึ่งเป็นสาเหตุที่จำเป็นต้องทำให้ก๊าซธรรมชาติแห้งก่อนที่จะปล่อยเข้าสู่เครือข่าย ของเหลวที่แยกออกมาเรียกว่าน้ำก่อตัว ถูกส่งไปยังสถานที่จัดเก็บพิเศษแล้วทำให้บริสุทธิ์ต่อไป วิธีการที่ใช้ในการทำให้ก๊าซธรรมชาติแห้ง ได้แก่ วิธีการดูดซึม (ไกลคอล) การดูดซับ (เกลือแคลเซียมและแมกนีเซียมคลอไรด์) และเทคนิคเมมเบรน
• การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ – กระบวนการนี้มักเรียกว่าการลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ นอกจากซัลเฟอร์แล้ว คาร์บอนไดออกไซด์ยังเป็นหนึ่งในมลพิษที่เป็นอันตรายในก๊าซธรรมชาติอีกด้วย CO ₂ เป็นก๊าซที่เป็นกรด ทำปฏิกิริยากับไอน้ำในก๊าซได้ง่ายและเกิด กรดคาร์บอนิก แม้ว่าจะเป็นกรดที่มีความแรงต่ำ แต่ก็มีผลกระทบด้านลบต่อระบบขนส่งก๊าซ เหนือสิ่งอื่นใด เนื่องจากคุณสมบัติการกัดกร่อน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการลดการปล่อยคาร์บอนของก๊าซธรรมชาติ
• การกำจัดซัลเฟอร์ – การมีอยู่ของซัลเฟอร์ในก๊าซธรรมชาติ เช่น ในรูปของไฮโดรเจนซัลไฟด์ เป็นอันตรายอย่างยิ่ง ไม่เพียงส่งผลต่อคุณภาพของก๊าซที่เป็นเชื้อเพลิงเท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติเป็นพิษและกัดกร่อนอีกด้วย ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นก๊าซที่มีพิษสูง การกำจัดมันออกจากแหล่งสะสมของก๊าซธรรมชาติถือเป็นขั้นตอนสำคัญในการปกป้องสิ่งแวดล้อม โดยทั่วไปกระบวนการกำจัดซัลเฟอร์จะใช้วิธีการดูดซับทางกายภาพและทางเคมี ถ่านกัมมันต์และซีโอไลต์ มีประสิทธิภาพที่น่าพอใจ เนื่องจากตัวดูดซับที่กำจัด H ₂ การดูดซึมมักเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาทางเคมีกับมวลธรรมชาติ (เช่น เหล็กบึง) วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดวิธีหนึ่งในการกำจัดไฮโดรเจนซัลไฟด์คือการเกิดออกซิเดชันกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่เรียกว่ากระบวนการซานตาคลอส มันเกี่ยวข้องกับการกู้คืนธาตุกำมะถันจาก H ₂ S ที่มีอยู่ในก๊าซ

พีท

พีทเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว ถือเป็นถ่านหินฟอสซิลที่ ‘อายุน้อยที่สุด’ การก่อตัวของพีทเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของเศษซากที่สะสม ซึ่งส่วนใหญ่เป็นวัสดุจากพืช กระบวนการเหล่านี้เรียกว่าพีท เกิดขึ้นที่ปริมาณความชื้นสูงและเข้าถึงออกซิเจนได้จำกัด พีทแบ่งออกเป็นเนื้อเดียวกันและต่างกันซึ่งมีลักษณะเป็นองค์ประกอบผสม พีทถูกแยกออกจากลิกไนต์ด้วยขีดจำกัดทั่วไปของปริมาณธาตุคาร์บอนที่ 65%โดยน้ำหนัก หลังจากการสกัด พีทจะถูกแบ่งออกเป็นสามส่วน ขึ้นอยู่กับขนาดของเมล็ดพืช: เล็ก กลาง และใหญ่ พีทที่สกัดสดใหม่มักจะมีสภาพเป็นกรดสูง ดังนั้นจึงมักใช้สารเติมแต่ง เช่น ผงโดโลไมต์ เพื่อลดความเป็นกรดนี้