Άνθρακας - επεξεργασία χθες, σήμερα και αύριο

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Κάποτε ο Mendeleev είπε ότι το να πνίγεσαι με λάδι είναι σαν να πετάς χαρτονομίσματα στο φούρνο. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για τον άνθρακα. Η ανακύκλωση μειώνει την επιβάρυνση του περιβάλλοντος και πρακτικά εξαλείφει τις βλαβερές ακαθαρσίες που περιέχουν θείο από τον άνθρακα. Ας εξετάσουμε τις κύριες μεθόδους και διαδικασίες επεξεργασίας του άνθρακα, καθώς και το αποτέλεσμα και τα προϊόντα που προκύπτουν από αυτόν.

Coal past

Η ανθρωπότητα είναι εξοικειωμένη με τον άνθρακα ως καύσιμο από την αρχαία Ελλάδα. Αλλά ως ανεξάρτητη βιομηχανία, η βιομηχανία άνθρακα ξεχώρισε μόνο τον 18ο αιώνα. Στις αρχές του 19ου αιώνα, ο άνθρακας άρχισε να χρησιμοποιείται πολύ ενεργά - καύσιμο για τις μεταφορές, την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, τη μεταλλουργία, τη χημική βιομηχανία, την αυτοκινητοβιομηχανία και τη ναυπηγική βιομηχανία κ.λπ. Απαιτούνται καλύτερες πρώτες ύλες.

Οι μέθοδοι για την επεξεργασία του άνθρακα αναπτύχθηκαν τον 20ο αιώνα, έτσι ώστε η ποιότητα των εξαγόμενων πρώτων υλών ήταν υψηλότερη. Είχαν μειονεκτήματα, όπως χαμηλή απόδοση προϊόντων, άκαμπτα κουφώματαυλοποίηση της διαδικασίας. Αλλά με την εισαγωγή διάφορων καταλυτών στη διαδικασία, η απόδοση του προϊόντος έγινε υψηλότερη, και επομένως φθηνότερη, και η διέλευση της διαδικασίας δεν απαιτούσε πλέον αυστηρή συμμόρφωση με όλους τους όρους.

Σήμερα, η εξόρυξη και η επεξεργασία άνθρακα είναι ένα βήμα προς το μέλλον. Εκτελείται με πέντε τρόπους. Η επιλογή της μεθόδου εξαρτάται από το επιθυμητό τελικό προϊόν.

Πυρόλυση

Αυτή η μέθοδος επεξεργασίας άνθρακα χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό. Πίσω στα τέλη της δεκαετίας του '90. Τον 19ο αιώνα, ήξεραν πώς να θερμαίνουν τον άνθρακα χωρίς πρόσβαση στον αέρα για να προκαλέσουν την καταστροφή των μορίων του πολυμερούς, ακολουθούμενη από τη μεταμόρφωσή τους. Τα προϊόντα θερμοχημικής επεξεργασίας διατίθενται σε στερεά, υγρή και αέρια κατάσταση.

Η σύγχρονη οπτανθρακοποίηση (άλλο όνομα για την πυρόλυση) πραγματοποιείται σε θερμοκρασίες μεταξύ 900 και 1100 °C. Το προϊόν της διαδικασίας είναι ο οπτάνθρακας, ο οποίος χρησιμοποιείται στη μεταλλουργική βιομηχανία, σιδηρούχων και μη, καθώς και υποπροϊόν με τη μορφή μείγματος αερίων και ατμών.

Περίπου 250 χημικές ουσίες ανακτώνται αργότερα από το μίγμα οπτάνθρακα υψηλής θερμοκρασίας, συμπεριλαμβανομένων βενζολίου, ναφθαλίνης, φαινόλων, αμμωνίας και ετεροκυκλικών ενώσεων. Η εισαγωγή ενός καταλύτη στη διαδικασία συνέβαλε στον σχηματισμό οπτάνθρακα με λεπτόκοκκη εσωτερική δομή - έναν πιο πολύτιμο τύπο εμπορικού κοκ.

Ημι-οπτάνθρακα

Για να ληφθεί καύσιμο (υγρό ή αέριο) από άνθρακα με επεξεργασία, χρησιμοποιείται οπτάνθρακα χαμηλής θερμοκρασίας στους 500 °C. Η διαδικασία επίσης δεν είναι καινοτόμος, είναι γνωστή εδώ και πολύ καιρό. Παλαιότερα, ο στόχος ήταν να πάρουμε στερεό καύσιμο από καφέ άνθρακα, πιο πολύτιμο ενεργειακά. Σήμερα, η διαδικασία επεξεργασίας άνθρακα με ημι-κοκκοποίηση με τη χρήση καταλύτη οξείδωσης έχει αυξήσει τη φιλικότητα προς το περιβάλλον του τελικού προϊόντος, έχει μειώσει τη συγκέντρωση καρκινογόνων και επιβλαβών ουσιών. Η ρητίνη που προκύπτει χρησιμοποιείται για την παραγωγή διαλυτών και καυσίμων.

Καταστροφική υδρογόνωση

Αυτή η μέθοδος επεξεργασίας άνθρακα στοχεύει στη μετατροπή του στερεού καυσίμου σε «συνθετικό λάδι» σε θερμοκρασία 400-500 °C και υπό την επίδραση του υδρογόνου. Η ιδέα μιας τέτοιας επεξεργασίας εμφανίστηκε στη δεκαετία του '20 του περασμένου αιώνα. Στις δεκαετίες του 1930 και του 1940, οι πρώτες βιομηχανικές επιχειρήσεις χτίστηκαν στη Γερμανία και τη Μεγάλη Βρετανία, αλλά στην ΕΣΣΔ η διαδικασία χρησιμοποιήθηκε σε βιομηχανική κλίμακα μόνο τη δεκαετία του 1950.

Ένα μείγμα αλουμινίου, μολυβδαινίου και κοβαλτίου χρησιμοποιείται ως καταλύτες στη διύλιση πετρελαίου. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκε επίσης για άνθρακα, αλλά, όπως αποδείχθηκε, η διαδικασία μπορεί να γίνει πολύ φθηνότερη, χωρίς απώλεια αποτελεσματικότητας, χρησιμοποιώντας ένα ευρέως διαδεδομένο σιδηρομετάλλευμα - μαγνητίτη, πυρίτη ή πυρροτίτη - ως καταλύτη. Ένα τέτοιο αποτέλεσμα ήταν εύκολο να υπολογιστεί, αν γνωρίζετε ότι η κατάλυση συμβαίνει έμμεσα. Ο άνθρακας περνά στην υγρή φάση όχι υπό τη δράση μορίων υδρογόνου, αλλά μέσω της μεταφοράς ατόμων υδρογόνου από τα μόρια του οργανικού διαλύτη στα μόρια του συστατικού άνθρακα. Ο καταλύτης χρειάζεται μόνο για την αποκατάσταση των ιδιοτήτων του διαλύτη που χάθηκαν κατά την απομάκρυνση των ατόμων υδρογόνου.

Αεριοποίηση

Υπό την επίδραση των υψηλών θερμοκρασιών, αλλά σε ένα ατμοσφαιρικό περιβάλλον όπου υπάρχουν οξυγόνο, υδρογόνο, διοξείδιο του άνθρακα και ατμός, ο στερεός άνθρακας περνά σε αέρια κατάσταση. Αυτό είναι το όλο νόημα της διαδικασίας. Υπάρχουν περίπου 20 τεχνολογίες. Δεν θα σταθούμε λεπτομερώς σε καθένα από αυτά, αλλά σκεφτείτε πώς μπορεί να βοηθήσει η εισαγωγή ενός καταλύτη.

Εκτός από την αύξηση της απόδοσης, με έναν καταλύτη καθίσταται δυνατή η μείωση της θερμοκρασίας διατηρώντας την ταχύτητα στο ίδιο επίπεδο, είναι επίσης δυνατή η ρύθμιση του τελικού προϊόντος της αεριοποίησης. Τα πιο κοινά είναι τα μέταλλα των αλκαλίων και των αλκαλικών γαιών, καθώς και ο σίδηρος, το νικέλιο και το κοβάλτιο.

Χημική επεξεργασία πλάσματος

Ένα από τα πιο πολλά υποσχόμενα, καθώς εκτός από τα υγρά καύσιμα, από σκληρό και καφέ άνθρακα εξάγονται κατά την επεξεργασία πολύτιμες ενώσεις όπως το σιδηροπυρίτιο, το τεχνικό πυρίτιο και άλλες ουσίες που περιέχουν πυρίτιο, οι οποίες, με άλλες μεθόδους, ήταν απλώς πετιέται με στάχτη.

Και τι αύριο

Δεδομένου του πόσο γρήγορα εξαντλούνται τα κοιτάσματα πετρελαίου και φυσικού αερίου στη γη, το ζήτημα των καυσίμων θα γίνει σύντομα αρκετά οξύ. Και μια από τις απλούστερες λύσεις θα ήταν η εξόρυξη άνθρακα. Οι επιστήμονες διεξάγουν το ερευνητικό τους έργο αναζητώντας νέες διαδικασίες ανακύκλωσης - πιο αποτελεσματικές, φθηνές, αλλά ταυτόχρονα φιλικές προς το περιβάλλον.

Γίνονται επίσης εργασίες για την απόκτηση "συνθετικού ελαίου". Στο Krasnoyarsk, για παράδειγμα, δοκιμάστηκε να ληφθεί από ένα μείγμα άνθρακα και νερού σε ίσες αναλογίες. Η σύνθεση πραγματοποιήθηκε υπόυψηλής πίεσης, η επεξεργασία πραγματοποιήθηκε μηχανική, ηλεκτρομαγνητική και σπηλαίωση. Η κατανάλωση ενέργειας είναι χαμηλή - μόνο 5 kW ανά τόνο λαδιού. Όσον αφορά τη χημική του σύνθεση, το κλάσμα που προκύπτει είναι σχεδόν φυσικό.

Μην βιαστείτε λοιπόν να πετάξετε το σιδερένιο άλογό σας, θα υπάρχει κάτι να ταΐσετε. Και ένα ακόμη καλό νέο - ο άνθρακας αναπληρώνεται, πράγμα που σημαίνει ότι θα υπηρετεί την ανθρωπότητα για πολύ καιρό.