Піроліз кам'яного вугілля: поняття та продукти

  1. Як проходить процес піролізу вугілля.
  2. Продукти піролізу кам'яного вугілля

під терміном піроліз кам'яного вугілля прийнято розуміти сукупність процесів, що відбуваються при нагріванні вугілля за умови відсутності будь-яких реагентів. Однак в останні роки під пиролизом кам'яного вугілля стали мати на увазі також і процеси, що відбуваються з впливом будь-якого додаткового реагенту (так звані гідропіроліз і окислювальний піроліз).

Часто під терміном піроліз розуміють і процедуру газифікації вугілля, хоча це не зовсім вірно, оскільки при цьому також використовуються додаткові реагенти.

Термічна переробка кам'яного вугілля широко застосовується для отримання різних вуглецевих твердих матеріалів, і рідких і газоподібних продуктів. У зв'язку з цим, в залежності від призначення кінцевих продуктів піролізу, вихідною сировиною для переробки може бути практично будь-яке вугілля. Це дуже зручно, оскільки все видобуте вугілля може йти на переробку, а не на завод з переробки твердих побутових відходів .

під терміном   піроліз   кам'яного вугілля прийнято розуміти сукупність процесів, що відбуваються при нагріванні вугілля за умови відсутності будь-яких реагентів

Процеси піролізу кам'яного вугілля застосовувалися людством ще з кінця XVIII. У той час вугілля переробляли для отримання таких матеріалів як:

  • Кам'яновугільний кокс, який використовується в металургії
  • Облагороджені вугілля для бездимного спалювання в печах
  • Світильний газ, який використовується для освітлення вулиць

Зрозуміло, що технологія і процес піролізу кам'яного вугілля з тих пір практично не змінилася, а от обладнання, що використовується для даного процесу, навпаки, покращився. Сьогодні, в результаті тривалої еволюції апаратних і технічних рішень, процес піролізу вугілля відрізняється досить високими енергетичними і екологічними показниками.

Однак, в той же самий час слід враховувати і той факт, що продукти піролізу вугілля, особливо рідкі, містять в своєму складі велику кількість органічних сполук, які містять кисень, азот і сірку. З цієї причини рідкі продукти піролізу вугілля не можуть бути використані в якості синтетичного аналога рідкого вуглеводневого палива без додаткового очищення. Тому термічну переробку вугілля досить рідко використовують для отримання рідкого синтетичного палива в якості кінцевого продукту піролізу.

Як проходить процес піролізу вугілля.

Як ми вже згадували раніше, процес піролізу кам'яного вугілля заснований на нагріванні вугілля до певної температури без доступу кисню з метою його термічної деструкції. Під час даного процесу цьому протікають наступні групи хімічних реакцій:

  • Деполимеризация органічної маси кам'яного вугілля з утворенням органічних молекул з меншою молекулярною масою
  • Вторинні реакції перетворень утворюються в процесі піролізу продуктів, серед яких:
    • конденсації
    • полімеризація
    • ароматизація
    • алкілування

Обидві групи хімічних реакцій протікають як послідовно, так і паралельно. Кінцевим підсумком сукупності цих термохімічних перетворень є утворення рідких газоподібних і твердих продуктів.

Слід згадати, що піроліз кам'яного вугілля здійснюється в різних температурних інтервалах. вибір температури піролізу залежить типу продуктів, які необхідно отримати в кінцевому підсумку. Низькотемпературний піроліз (або напівкоксування) зазвичай проводиться при 500 - 600 градусів за шкалою Цельсія, а високотемпературний піроліз (або як його ще називають, коксування) - проводиться при 900 - 1100 градусів за шкалою Цельсія.

Продукти піролізу кам'яного вугілля

Отже, на самому початку своєї статті ми згадували про те, що шляхом піролізу з кам'яного вугілля можна отримати продукти наступних типів:

  • тверді
  • рідкі
  • газоподібні

тверді   рідкі   газоподібні

Тепер розглянемо кожну різновид продуктів піролізу докладніше.

При піролізі кам'яного вугілля отримують твердий кокс, який сьогодні використовується в основному в таких галузях як чорна і кольорова металургія. Кокс є більш досконалим твердим паливом, ніж кам'яне вугілля, тому саме його використовують для виплавки металів.

Однак кокс, хоча він і є основним продуктом піролізу кам'яного вугілля, це далеко не найцінніше, що можна отримати з цього природного викопного. Побічним продуктом цього процесу є парогазова суміш, яка містить безліч хімічних сполук. Дану суміш шляхом конденсації поділяють на рідку і газоподібну складову, з яких, в свою чергу, можна отримати більш ніж 250 хімічних сполук.

Основним рідким продуктом піролізу кам'яного вугілля є кам'яновугільна смола - чорний рідкий продукт, що представляє собою складну суміш органічних сполук. З кам'яновугільної смоли шляхом подальшої переробки отримують такі речовини як:

  • феноли
  • нафталін
  • антрацен
  • Різні гетероциклічні сполуки
  • Технічні масла
  • синтетичне паливо

Однак варто відзначити той факт, що отримуються шляхом піролізу кам'яного вугілля масла і рідке паливо є непридатними для використання в двигунах внутрішнього згоряння, оскільки вони містять в своєму складі багато домішок. З цієї причини дані продукти піролізу для подальшого використання потребують додаткової очистки. А це суттєво збільшує собівартість даних продуктів піролізу, роблячи їх виробництво не дуже рентабельним.

Газоподібним продуктом піролізу кам'яного вугілля є так званий піролізний газ, який представляє собою суміш горючих газів і різних хімічних сполук. У багатьох країнах світу піролізний газ сьогодні використовується як альтернативне джерело енергії, в першу чергу, теплової.

Якщо для нас ця технологія досить нова, то в деяких європейських країнах піролізний газ вже давно став звичним паливом. Крім цього, піролізний газ також як і кам'яновугільну смолу можна використовувати і для отримання різних хімічних сполук. Так, з даного газу виділяють бензол, фенол та інші речовини.