Пиролиз каменного угля: понятие и продукты

Под термином пиролиз каменного угля принято понимать совокупность процессов, происходящих при нагревании угля при условии отсутствия каких-либо реагентов. Однако в последние годы под пиролизом каменного угля стали подразумевать также и процессы, происходящие с воздействием какого-либо дополнительного реагента (так называемые гидропиролиз и окислительный пиролиз).

Часто под термином пиролиз понимают и процедуру газификации угля, хотя это не совсем верно, поскольку при этом также используются дополнительные реагенты.

Термическая переработка каменного угля широко применяется для получения различных углеродистых твердых материалов, и жидких и газообразных продуктов. В связи с этим, в зависимости от назначения конечных продуктов пиролиза, исходным сырьём для переработки может быть практически любой уголь. Это очень удобно, поскольку весь добытый уголь может идти на переработку, а не на завод по переработке твердых бытовых отходов.

Процессы пиролиза каменного угля применялись человечеством еще с конца XVIII. В то время уголь перерабатывали для получения таких материалов как:

• Каменноугольный кокс, используемый в металлургии
• Облагороженные угли для бездымного сжигания в печах
• Светильный газ, используемый для освещения улиц

Разумеется, что технология и процесс пиролиза каменного угля с тех пор практически не изменилась, а вот оборудование, используемое для данного процесса, напротив, усовершенствовалось. Сегодня, в результате длительной эволюции аппаратных и технических решений, процесс пиролиза угля отличается довольно высокими энергетическими и экологическими показателями.

Однако, в тоже самое время следует учитывать и тот факт, что продукты пиролиза угля, в особенности жидкие, содержат в своем составе большие количества органических соединений, которые содержат кислород, азот и серу. По этой причине жидкие продукты пиролиза угля не могут быть использованы в качестве синтетического аналога жидкого углеводородного топлива без дополнительной очистки. Поэтому термическую переработку угля достаточно редко используют для получения жидкого синтетического топлива в качестве конечного продукта пиролиза.

Как протекает процесс пиролиза угля.

Как мы уже упоминали ранее, процесс пиролиза каменного угля основан на нагревании углей до определенной температуры без доступа кислорода с целью его термической деструкции. Во время данного процесса этом протекают следующие группы химических реакций:

• Деполимеризация органической массы каменного угля с образованием органических молекул с меньшей молекулярной массой
• Вторичные реакции превращений образующихся в процессе пиролиза продуктов, среди которых:
  • конденсациия
  • полимеризация
  • ароматизация
  • алкилирование

Обе группы химических реакций протекают как последовательно, так и параллельно. Конечным итогом совокупности этих термохимических превращений является образование жидких газообразных и твердых продуктов.

Следует упомянуть, что пиролиз каменного угля осуществляется в различных температурных интервалах. Выбор температуры пиролиза зависит типа продуктов, которые необходимо получить в конечном итоге. Низкотемпературный пиролиз (или полукоксование) обычно производится при 500 – 600 градусов по шкале Цельсия, а высокотемпературный пиролиз (или как его еще называют, коксование) – производится при 900 – 1100 градусов по шкале Цельсия.

Продукты пиролиза каменного угля

Итак, в самом начале своей статьи мы упоминали о том, что путем пиролиза из каменного угля можно получить продукты следующих типов:

• Твердые
• Жидкие
• Газообразные

Теперь рассмотрим каждую разновидность продуктов пиролиза подробнее.

При пиролизе каменного угля получают твердый кокс, который сегодня используется в основном в таких отраслях как черная и цветная металлургия. Кокс является более совершенным твердым топливом, чем каменный уголь, поэтому именно его используют для выплавки металлов.

Однако кокс, хотя он и является основным продуктом пиролиза каменного угля, это далеко не самое ценное, что можно извлечь из этого природного ископаемого. Побочным продуктом данного процесса является парогазовая смесь, которая содержит множество химических соединений. Данную смесь путем конденсации разделяют на жидкую и газообразную составляющую, из которых, в свою очередь, можно получить более чем 250 химических соединений.

Основным жидким продуктом пиролиза каменного угля является каменноугольная смола - черный жидкий продукт, представляющий собой сложную смесь органических соединений. Из каменноугольной смолы путем дальнейшей переработки получают такие вещества как:

• Фенолы
• Нафталин
• Антрацен
• Различные гетероциклические соединения
• Технические масла
• Синтетическое топливо

Однако стоит отметить тот факт, что получаемые путем пиролиза каменного угля масла и жидкое топливо являются непригодными для использования в двигателях внутреннего сгорания, поскольку они содержат в своем составе много примесей. По этой причине данные продукты пиролиза для дальнейшего использования нуждаются в дополнительной очистке. А это существенно увеличивает себестоимость данных продуктов пиролиза, делая их производство не очень рентабельным.

Газообразным продуктом пиролиза каменного угля является так называемый пиролизный газ, представляющий собой смесь горючих газов и различных химических соединений. Во многих странах мира пиролизный газ сегодня используется как альтернативный источник энергии, в первую очередь, тепловой.

Если для нас эта технология достаточно новая, то в некоторых европейских странах пиролизный газ уже давно стал привычным топливом. Помимо этого, пиролизный газ также как и каменноугольную смолу можно использовать и для получения различных химических соединений. Так, из данного газа выделяют бензол, фенол и другие вещества.