Жидкий уголь: что это такое и как можно использовать

Основные продукты угля

Самые скромные подсчеты говорят о том, что продукты угля составляют 600 наименований.Ученые разработали различные методы получения продуктов переработки каменного угля. Метод переработки зависит от желаемого конечного продукта. Например, чтобы получить чистые продукты, такие первичные продукты переработки каменного угля — коксовый газ, аммиак, толуол, бензол — применяют жидкие промывочные масла. В особых аппаратах обеспечивается герметизация продуктов и защита их от преждевременного разрушения. Процессы первичной переработки предполагают и метод коксования, при котором каменный уголь нагревается до температуры +1000оС при полностью перекрытом доступе кислорода.По окончанию все необходимых процедур любой первичный продукт дополнительно очищается. Основные продукты переработки каменного угля:

• нафталин
• фенол
• углеводород
• салициловый спирт
• свинец
• ванадий
• германий
• цинк.

Без всех этих продуктов наша жизнь была бы намного сложнее.Взять хотя бы косметологическую промышленность, она является наиболее полезной для людей областью применения продуктов переработки угля. Такой продукт переработки угля, как цинк широко применяется для лечения жирной кожи и угревой сыпи. Цинк, а также серу добавляют в кремы, сыворотки, маски, лосьоны и тоники. Сера ликвидирует имеющееся воспаление, а цинк предупреждает развитие новых воспалений.Кроме этого, лечебные мази на основе свинца и цинка применяют для лечения ожогов и травм. Идеальным помощником при псориазе является тот же цинк, а также глинистые продукты каменного угля. Каменный уголь является сырьем для создания отличных сорбентов, которые применяются в медицине для лечения заболеваний кишечника и желудка. Сорбенты, в составе которых присутствует цинк, используют для лечения перхоти и жирной себореи.В результате такого процесса, как гидрогенизация, из каменного угля на предприятиях получают жидкое топливо. А продукты сжигания, которые остаются после этого процесса, являются идеальным сырьем для разнообразных стройматериалов, имеющих огнеупорные свойства. К примеру, именно таким образом создается керамика.

Твердое и газообразное топливоправить править код

В некоторых странах третьего мира дрова и древесный уголь до сих пор являются основным топливом, доступным населению для отопления и приготовления пищи (так живёт около половины мирового населения) . Это во многих случаях приводит к вырубке лесомассивов, что в свою очередь приводит к опустыниванию и эрозии почвы. Одним из способов уменьшения зависимости населения от источников древесины является внедрение технологии брикетирования отходов сельского хозяйства или бытового мусора в топливные брикеты. Такие брикеты получают прессованием кашицы, полученной смешиванием отходов с водой на несложном рычажном прессе с последующей сушкой. Такая технология, однако, очень трудоемка и предполагает наличие источника дешевой рабочей силы. Менее примитивным вариантом получения брикетов является использование для этого гидравлических прессовальных машин.

Некоторые газообразные топлива можно считать вариантами синтетического топлива, хотя такое определение может быть спорным, поскольку двигатели, использующие такое топливо, нуждаются в серьёзной модификации. Одним из широко обсуждаемых вариантов уменьшения вклада автотранспортных средств в накопление углекислоты в атмосфере считается использование водорода в качестве топлива. Водородные двигатели не загрязняют окружающую среду и выделяют только водяной пар. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. Поскольку водород получают либо методами, требующими большого расхода электроэнергии, либо окислением углеводородных топлив, экологические и, тем более, экономические преимущества такого топлива весьма спорны.

Полная статья Водородная энергетика.

Диметиловый эфирправить | править код

Диметиловый эфир получают дегидратацией метанола при 300—400 °C и 2—3 МПа в присутствии гетерогенных катализаторов — алюмосиликатов. Степень превращения метанола в диметиловый эфир — 60 %, в цеолиты — почти 100 %. Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, а выброс оксидов азота в выхлопных газах — на 90 % меньше, чем у бензина. Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том что у классического нефтяного — от 38 до 53. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобаллонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании метанола в топливе.

Теплота сгорания ДМЭ около 30 МДж/кг, у классических нефтяных топлив — около 42 МДж/кг. Одна из особенностей применения ДМЭ — его более высокая окисляющая способность (благодаря содержанию кислорода), чем у классического топлива.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире, разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания Shanghai Automotive.

Изготовление этанола в домашних условиях

Процесс изготовления этанола в домашних условиях очень похож на самогоноварение.

Из чего вытекает тут же самая первая проблема — это законность данного деяния. Вам потребуется узнать максимальный объем производимого товара и регулирование алкогольной продукции в нашей (в вашей) стране.

Вне зависимости от количества спирта которое вы производите, вам также придется пройти процедуру его денатурации, сделать его непригодным для употребления в пищу человеком, с помощью добавления в него определенных веществ, таких как керосин или лигроин.

Другое важное различие между перегонкой самогона и самого топлива заключается в том, что этот самый этанол, предназначенный для использования в качестве горючего, должен быть более тщательно очищен по сравнению с таким же этанолом, что предназначен для потребления человеком. В нем должно быть меньшее количество воды

Уменьшение содержания воды может быть достигнуто только путем нескольких этапов перегонки. Также существуют еще и фильтры, которые способны удалять содержащуюся в топливном спирте воду.

При использовании данного этанола неплохо было бы поставить дополнительные фильтры очистки и на сам автомобиль, чтобы отделить воду и другой мусор конкретно от топлива, так как сам по-себе этанол действуя в качестве растворителя, будет по-просту смывать всю эту грязь с топливных линий и нести их прямо в цилиндры.

Процесс изготовления топлива аналогичен созданию алкоголя. Он начинается с подбора сырья. Исходным продуктом может быть что угодно, от той же кукурузы и пшеницы и заканчивая просом или топинамбуром.

-Исходное сырье используется для приготовления затора;

-Потом начинает процесс ферментации, который расщепляет крахмал до сахаров;

-Далее следует процесс брожения.

-Спирт готов.

Стандартный цикл работы пиролизной машины.

Мы даем гарантию на машину 1 год, срок на реактор из нержавеющей стали толщиной 14 мм. 3 года, другие части машины нет необходимости менять весь ее период работы за исключением изнашиваемых узлов и деталей.

Все дело в пузырьках

Для помола угля сибиряки используют самую обычную шаровую барабанную мельницу

, позволяющую получать 10 т водоугольной суспензии в час с дисперсностью частиц около 100 мкм. Но это лишь начальный этап измельчения. Главная изюминка новой технологии – роторный генератор пузырьковой кавитации.

Явление кавитации

(от лат.cavitas – пустота), т. е. образование в жидкости полостей, заполненных газом или паром, известно давно. Рой пузырьков в только что откупоренной бутылке лимонада или шампанского – это тоже кавитация.

Природная неочищенная вода, а тем более суспензия, не выдерживает растягивающих напряжений при интенсивном турбулентном движении в роторном генераторе. Поэтому в водоугольной смеси образуются парогазовые пузырьки в тех зонах, где жидкость испытывает растяжения, т. е. преимущественно вблизи твердых частиц.

При локальном повышении давления, пузырки схлопываются, причем скорость движения стенок этого «воздушного шарика» очень велика за счет сил поверхностного натяжения. В результате в жидкости образуются ударные волны, высокие давления (до тысяч атмосфер!) и высокие температуры.

В технике подобное явление крайне нежелательно, поскольку может вызывать разрушение движущихся в воде устройств, таких как гребные винты и т. п. Но в нашем случае «зло» оборачивается во благо. Частицы угля эффективно разрушаются и измельчаются до 50—60 мкм.

Сравнение разных методов измельчения показало, что использование шаровой мельницы экономически гораздо выгоднее, зато благодаря кавитации топливо становится более реакционноспособным. Наконец, кавитация незаменима для подготовки плотных, плохо измельчаемых видов углей. Поэтому было принято решение объединить обе технологии.

Таким образом, сначала уголь измельчают на шаровой мельнице и соединяют с водой. Благодаря добавлению специально подобранных пластификаторов получают пластичное ВУТ с концентрацией угля порядка 60—70 %, которое может сохранять свои свойства и не расслаиваться в течение месяца. Активируют топливо, пропуская его через роторный генератор, уже непосредственно перед сжиганием.

Нефть

Если и далее разбираться в том, что получают из угля и нефти, то стоит сказать и о дизельной фракции нефтеперегонки, которая обычно служит топливом для дизельных двигателей. В состав мазута входят высококипящие углеводороды. Посредством перегонки под уменьшенным давлением из мазута обычно получают различные масла смазочного назначения. Остаток, который имеется после обработки мазута, принято называть гудроном. Из него получают такое вещество, как битум. Данные продукты предназначены для использования в дорожном строительстве. Мазут часто используется и в качестве котельного топлива.

Работа с биогазом

Это довольно необычный и экстравагантный подход, тем не менее он работает. Прелесть его еще и в том, что он как топливо обладает более широким применением, нежели просто синтетический бензин. Правда, места занимает много. Так, к примеру, один кубический метр биогаза эквивалентен 0,6 литра бензина. Если использовать его не в сжатом состоянии, то даже взяв под завязку на грузовой автомобиль, не получиться проехать больше сотни-второй километров. Поэтому, как же синтезировать с него желаемый бензин? Это возможно благодаря тому, что он, по сути, является метаном с небольшими примесями. То есть практически то, что нужно. А вот синтез – это дело проблематичное. Ведь здесь что-то новое и одновременно простое не изобрели. То есть, приходится работать над созданием синтез-газа, а уже из него обеспечивать формирование бензина. Делается это (по наиболее распространенной схеме) через посредство метанола. Хотя можно работать и через диметиловый эфир. Если говорить о метаноле, то всегда необходимо помнить о том, что он чрезвычайно опасен. Усложняется ситуация тем, что он имеет запах спирта, а температуру кипения в 65 градусов по Цельсию. Вообще, работа с синтезом топлива – это не детская прогулка. Поэтому, не лишним будет подучить химию и физику, если этих знаний нет. Если вкратце – то синтетический бензин получается благодаря перегонке газа и конденсатору. Этот способ не быстр, но, если есть хорошая теоретическая подготовка – не сложен. Но без знаний работать не рекомендуется. Ведь чистый метанол – это самое высокооктановое топливо, поэтому опасное. Да и не «переварит» его двигатель обычной машины – не рассчитан на это.

Получение бензина из угля

В основном топливо производят из нефти. Но многие страны, не обладая запасами нефти, также производят топливо, используя в качестве сырья уголь. Примером могут служить страны Европы, производящие топливо с применением бурого угля в начале 20 столетия.

В частности, предвоенная Германия в основном таким способом добывала себе топливо. Обладая большими залежами угля (имеется в виду угольный бассейн Рур), добыча которого и производство бензина были поставлены на промышленные рельсы.

Как происходит выделение бензина из угля

Бензин добывали из угля двумя способами. Уголь и нефть имеют сходство по своему химическому составу с общей основой, углеродные соединения с водородом, только у бурого угля молекул водорода меньше. Увеличивая количество молекул водорода в угле, получают вещество, равное по химической структуре с составом нефти, что позволяет в дальнейшем уже производить и бензин. Производство бензина путем переработки бурого угля было разработано учеными из Германии в 20 годы прошлого века:

1. Гидрогенизация, или ожижение (способ Бергиуса).
2. Газификация и синтез топлива (способ Фишера-Тропша).

Что собой представляет гидрогенизация

Технология производства синтетического бензина из бурого угля способом гидрогенизации заключается в следующем:

1. Уголь мелко размельчают, смешивая с жирной и вязкой жидкостью, применяя, например, мазут или масло, получая пастообразное вещество.
2. Пастообразный уголь помещают в герметичный сосуд, добавляют катализатор и растворитель, где под высоким давлением (200 атм) и температурой (+500ºС) происходит обогащение угля, которое протекает вначале в жидкой фазе, а затем переходит в фазу пара.
3. Для получения конечного продукта полученное топливо из автоклава обрабатывают в центрифуге, удаляют кокс и дистиллируют.

Производить бензин в домашних условиях таким способом, вероятней всего, невозможно по причине технологической сложности оборудования, изготовление которого кустарным способом затруднительное и затратное.

Получение бензина путем газификации

Производство бензина способом газификации (способ Фишера-Тропша) происходит путем предварительного соединения воды и угольного сырья. В герметичном паровом сосуде с температурой +350ºС и давлением до 30 атм продувают под большим давлением водяной пар.

В результате образуется синтетический газ, который в дальнейшем используют для переработки и получения топлива. Полученный синтез-газ помещают во второй герметический сосуд, заполненный катализатором, основой которого является железо, никель или кобальт. На выходе из второго сосуда получается горючее, из которого путем крекинга производят бензин и дизель.

При производстве топлива этим способом получают такой побочный продукт как парафин и газообразные смеси, большую долю из которых составляет углекислый газ. Способ получения топлива таким методом экологически грязный и неэффективный по затратам.

Существует и термический метод обработки угля, аналогичный с процессом пиролиза, при котором сырье нагревается в сосуде извне, без наличия кислорода. Процесс распада твердого топлива и переход в газообразное состояние происходит при температуре +1200ºС, что в домашних условиях осуществить крайне сложно.

А для получения конечного продукта необходимо еще дополнительное оборудование. Положительной чертой этого метода является использование пиролизных газов для подогрева сырья и синтез бензина, что позволяет немного уменьшить себестоимость продукта.

История

Руины немецкого завода по производству синтетического бензина ( Hydrierwerke Pölitz AG ) в полиции, Польша

Прямое преобразование угля в синтетическое топливо было первоначально разработано в Германии. Процесс Бергиуса был разработан Фридрихом Бергиусом , в результате чего в 1913 году был получен патент. Карл Гольдшмидт пригласил его построить промышленный завод на его заводе Th. Goldschmidt AG (теперь известная как Evonik Industries ) в 1914 году. Производство началось в 1919 году.

Непрямая конверсия угля (когда уголь газифицируется, а затем превращается в синтетическое топливо) также была разработана в Германии Францем Фишером и Гансом Тропшем в 1923 году. Во время Второй мировой войны Германия использовала производство синтетической нефти ( нем . Kohleverflüssigung

) для производства заменителя (Ersatz ) нефтепродуктов с использованием процесса Бергиуса (из угля), процесса Фишера – Тропша ( водяной газ ) и других методов ( Цейтц использовал процессы TTH и MTH). В 1931 году Британский департамент научных и промышленных исследований, расположенный в Гринвиче , Англия, создал небольшую установку, где водородный газ смешивался с углем при чрезвычайно высоком давлении для получения синтетического топлива.

Технологические установки Bergius были основным источником нацистской Германии авиационного бензина высокого качества, синтетического масла, синтетического каучука , синтетического метанола , синтетического аммиака и азотной кислоты . Почти треть продукции Bergius производилась заводами в ( польский : Police

) и Leuna , еще 1/3 на пяти других заводах (в Людвигсхафене был гораздо меньший завод Bergius, который улучшал «качество бензина путем дегидрирования» с использованием процесса DHD. ).

Марки синтетического топлива включали «TL топливо», «авиационный бензин высшего качества», «авиационный базовый бензин» и «бензин — среднее масло»; и «генераторный газ» и дизельное топливо также были синтезированы в качестве топлива (например, в переоборудованных бронированных баках использовался генераторный газ). К началу 1944 года производство синтетического топлива в Германии достигло более 124 000 баррелей в день (19 700 м 3 / сут) на 25 заводах, в том числе 10 в Рурской области . В 1937 году четыре завода по производству бурого угля в Центральной Германии в Бёлене , Лейне, Магдебурге / Ротензее и Цайце, а также на заводе по производству битуминозного угля в Рурской области в Шольвен / Буэр произвели 4,8 миллиона баррелей (760 × 10 3 м 3 ) топлива. . Впоследствии

были построены четыре новых гидрогенизационных завода ( нем .Hydrierwerke ) в Ботроп- Вельхайм (где использовался «битумный каменноугольный пек»), Гельзенкирхене (Нордштерн), Пёлитце и в Весселинге производительностью 200 000 тонн в год . Nordstern и Pölitz / Stettin использовали битуминозный уголь, как и новые заводы Blechhammer . Хейдебрек синтезировал пищевое масло, которое было испытано на узниках концлагерей . Специальный штаб Гейленберга использовал 350 000, в основном иностранных подневольных рабочих, для реконструкции подвергшихся бомбардировке заводов по производству синтетического масла и, в рамках программы экстренной децентрализации, для строительства 7 подземных заводов гидрогенизации для защиты от бомбардировок (ни одна из них не была завершена). (Планировщики отклонили более раннее подобное предложение, потому что война должна была быть выиграна до того , как будут завершены бункеры .) В июле 1944 года подземный завод синтетического масла проекта «Кукушка» (800 000 м 2 ) был «вырезан из Гиммельсбурга ». К северу от Mittelwerk , но завод был незавершенным в конце Второй мировой войны.

Непрямые технологии Фишера-Тропша («FT») были привезены в США после Второй мировой войны, и HRI спроектировала и построила завод мощностью 7000 баррелей в сутки (1100 м 3 / сут) в Браунсвилле, штат Техас. Установка представляет собой первое промышленное применение высокотемпературной конверсии Фишера-Тропша. Он работал с 1950 по 1955 год, когда был закрыт, когда цена на нефть упала из-за увеличения добычи и огромных открытий на Ближнем Востоке.

В 1949 году Горное бюро США в Луизиане, штат Миссури, построило и эксплуатировало демонстрационный завод по переработке угля в бензин . Установки прямой конверсии угля также были разработаны в США после Второй мировой войны, в том числе установка 3 т / д в Лоуренсвилле, штат Нью-Джерси , и завод 250-600 т / д в Катлетсбурге, штат Кентукки .

В последующие десятилетия в Южно-Африканской Республике была создана государственная нефтяная компания, в том числе крупное предприятие по производству .

Получение бензина путем газификации

Данный метод, изобретенный немецкими учеными Ф. Фишером и Г. Тропшем, предусматривает производство дизельного топлива и бензина путем предварительной газификации угольного сырья. Это происходит в большой емкости – реакторе при температуре до 350 °С и давлении не более 30 Бар. Хотя здесь условия и не настолько жесткие, как при гидрогенизации, но реализовать их ничуть не проще. Например, потому что сквозь слой угля надо под большим давлением продувать перегретый водяной пар, а значит, не обойтись без мощного парового котла.

Полученные газы поступают во второй реактор, где и происходит окончательная переработка угля в жидкое топливо. Там же располагаются вещества – катализаторы. В промышленности для этой цели могут использоваться разные соединения, но любое из них обязательно содержит железо, никель или кобальт. Не вдаваясь в тонкости химии, отметим, что на выходе из второго реактора получается горючее, которое должно еще пройти процедуру крекинга. То есть, разделение на бензин и дизельное топливо из угля.

Побочными продуктами реакции являются различные вещества и парафин. Среди выделяющихся летучих веществ наибольшая доля приходится на углекислый газ, что считается большой проблемой производства горючего подобным методом. Также достаточно быстро теряет активность катализатор, поэтому его постоянно требуется обновлять. Эти факторы, да еще ряд не столь значительных причин, приводят к высокой себестоимости продукта. При цене на нефть 50 долларов за баррель производство бензина из угля методом Фишера – Тропша считается нерентабельным.

Существует и другой метод газификации углей – термический. Он схож с явлением пиролиза, поскольку осуществляется нагревом сырья в емкости извне и при отсутствии кислорода. Другое дело, что разложение твердого топлива на газы происходит при температуре 1200 °С, а для этого требуется соответствующее оборудование. Позитивная сторона термического метода состоит в том, что часть пиролизных газов направляется на подогрев исходного сырья, а другая – на синтез бензина. За счет этого снижаются затраты на энергоносители, так как уголь во время разложения может подогревать себя сам.

О падении и взлете

В Советском Союзе еще до начала Второй мировой войны шли поиски возможной добычи бензина из бурого угля. Но, увы, получить результаты, пригодные для промышленного производства, не получилось. После окончаний конфликта цена на нефть упала, а вместе с ней отпала и потребность в синтетическом топливе. Теперь из-за уменьшения нефтяных запасов эта сфера переживает второе рождение. Производство синтетического бензина становится все более распространенным, часто встречает поддержку со стороны государства. К примеру, в США производители подобного топлива могут рассчитывать на государственные субсидии. Несмотря на все предпосылки, жидкое топливо производят в ограниченном масштабе. Дело в том, что расширение существующих мощностей ограничено высокой стоимость, которая значительно превышает то, что получается из обычного сырья. К примеру, синтетический бензин в Германии умеют делать из воды и углекислого газа, вот только за год он обойдется в новый автомобиль. И все из-за дороговизны установки. Главное направление работы – это поиск экономических технических решений. Например, открыт вопрос снижения давления для ожижения угля. Сейчас необходимо создавать 300-700 атмосфер, а поиск ведется для достижения значения в 100 и ниже. Также актуальны вопросы увеличения производительности генераторов, разработки новых катализаторов (более эффективных). Да, и не следует забывать о том, что качественного природного угля не так уж и много. Поэтому более перспективным считается его получение из газа. Какие здесь есть возможности?